一种利用高温钛渣余热去除其中钙镁杂质的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于钛渣除杂技术领域，具体涉及一种利用高温钛渣余热去除其中钙镁杂 质的方法。
【背景技术】
[0002] 钛是理想的结构材料和优良的耐蚀材料，被广泛应用于航空、航天、舰船、兵器、化 工、冶金、电力、海洋工程、医药、汽车体育用品等行业。钛白粉具有优异的颜料性能，可以说 是一种最好的白色颜料。钛白颜料主要用于涂料、油墨、塑料、造纸、化纤和橡胶等领域。钛 及钛白粉由TiCl4生产而来，因此TiCl4是钛工业生产的重要原料。
[0003] 流态化氯化法是生产TiCl4的主流工艺，但其对原料钙镁氧化物含量要求严格（ω (CaO+MgO) < 1 · 5%/2 · 5%，ω代表质量分数）。采用热力学软件FactSage进行热力学计算，结 果表明，钛渣中各组分在氯化温度下的氯化顺序为CaO > MnO > FeO (转化为FeCl2) > Mg0> Fe2〇3> FeO (转化为FeCl3) > Ti〇2> Al2〇3> Si〇2，CaO和MgO优先于Ti〇2氯化。CaCl2与 MgCl2在氯化温度下呈熔融状态，难以挥发出去，随着反应的进行，它们在床层内越积越多， 使颗粒粘结，恶化流态化状况，有时甚至堵塞筛板孔眼，无法正常进行氯化操作。可见，采用 钙镁含量符合流态化氯化要求原料，对流态化氯化炉顺行有重要影响 攀枝花-西昌地区钛资源储量（以Ti02计）为8.7亿吨，占世界已探明储量的35.17%，占 国内的90.54%。目前，采用攀西地区钛精矿进行电炉冶炼，所得钛渣中MgO和CaO含量较高， 不能直接作为流态化氯化的原料。钛渣中的大部分钙镁杂质固溶于黑钛石相，要去除黑钛 石相中的钙镁杂质，必须通过化学法除杂。黑钛石相中的钙镁杂质不与酸反应，且黑钛石与 硅酸盐相互嵌布，增加了直接酸浸去除钙镁杂质的难度。现有的钛渣除钙镁杂质方法流程 较长，能源消耗较高。
[0004] 目前，现有的钛渣除钙镁杂质方法主要分为焙烧浸出和选择性析出分选浸出两大 类。Krzysztof Borowiec和孙朝晖分别采用含ω (CaO+MgO)为5.90%和5.21%的钛渣，进行高 温氧化还原_加压酸浸出实验，得到《(0&0+1^0)0.85%和1.35%的氯化原料^(^6 1 Gueguin等采用含ω (CaO+MgO)为5.47%的钛渣，进行高温预氧化-选择性氯化-加压酸浸出 实验，得到含ω (CaO+MgO)为1.33%的流态化氯化原料。Eldger Gerald W等采用含ω (Ca0+ MgO)为9.07%的钛渣，进行硫酸化焙烧-酸浸出实验，得到含ω (CaO+MgO) 0.80%的流态化氯 化原料。刘水石等采用含ω (CaO+MgO) 9.57%的钛渣，进行磷酸化焙烧-酸浸出实验，得到含 ω (CaO+MgO) 0.42%的流态化氯化原料。Jarish Basil和董海刚分别采用含ω (CaO+MgO) 6.10%和9.57%的钛渣，进行钠化焙烧-酸浸出实验，得到含ω (CaO+MgO)0.69%和0.78%的流 态化氯化原料。蒋祉刚等采用含钙镁较高的酸溶性钛渣，进行酸化焙烧酸浸-重选实验，得 到ω (CaO+MgO) < 1.5%的流态化氯化原料。
[0005] 上述方法主要是针对生产获得的钛渣，通过氧化还原焙烧、浸出等工艺去除钛渣 中的钙镁杂质。电炉冶炼钛渣的温度为1680-1800°C，钛渣的比热容为1.2kJ/(kg · °C )，每 吨出电炉的钛渣拥有约2.04X 106kJ热量(约560kW · h)。将高温钛渣冷却后再升温去除钛 渣中钙镁杂质的方法浪费了大量的热量。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术存在的上述不足，本发明提出一种利用高温钛渣余热去除其中钙镁 杂质的方法，简化工艺并充分利用高温钛渣的热能，对钛冶金工艺及节能减排有重要的创 新意义。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下： 一种利用高温钛渣余热去除其中钙镁杂质的方法，包括以下步骤： 1) 在钛渣出渣时，向1680~1800 °C的处于熔融态的钛渣中加入改性添加剂，使钛渣和改 性添加剂一同进入渣罐并混合均匀，得到混熔钛渣;再将混熔钛渣放置在空气中冷却至室 温，得到改性钛渣;所述的改性添加剂的添加量为钛渣质量的0.5%~6%; 2) 将步骤1)得到的改性钛渣研磨过200目筛，取筛下的改性钛渣放入质量分数为5%、温 度为85 °C的盐酸中匀速搅拌并浸出30min以上，得到悬浊混合液;其中，每1 OOmL的盐酸中放 入l〇g筛下的改性钛渣； 3) 将步骤2)中得到的悬浊混合液用真空抽滤装置进行固液分离，得到固相的去杂钛渣 和液相的浸出液;将所述的去杂钛渣用去离子水冲洗若干次，再将其干燥脱水，得到符合流 态化氯化要求的氯化原料。
[0008] 进一步，所述的改性添加剂为硼化合物。
[0009] 进一步，步骤2 )中改性添加剂的添加量的确定方法包括以下步骤： (1) 取步骤1)中的钛渣进行X射线衍射分析，得到钛渣的组分构成、物相构成和钙镁杂 质的赋存状态； (2) 通过FactSage软件计算得到Ca〇-B2〇3相图和Mg〇-B2〇3相图，根据所述的Ca〇-B2〇3相 图和Mg〇-B 2〇3相图中得到的硼酸钙和硼酸镁的结合形式以及步骤(1)得到的组分构成、物相 构成和钙镁杂质的赋存状态来计算硼化合物的添加量。
[0010] 进一步，所述的改性添加剂的添加量为钛渣质量的2%。
[0011] 与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果： 1、利用高温钛渣余热代替传统工艺中单独的焙烧加热，充分利用了冶金能源，降低了 加热焙烧所需能耗，具有较好的节能减排效果。
[0012] 2、在钛渣出渣的过程中加入添加剂进行改性，并使二者一共降温，省去了钛渣升 温焙烧改性工艺环节，简化了钛渣除杂提纯工艺。
[0013] 3、在钛渣出渣时加入添加剂，可以有效利用钛渣进入渣罐的巨大动能，使得添加 剂与钛渣充分均匀混合。
[0014] 4、添加剂与钛渣充分均匀混合后，添加剂与钛渣反应改性过程中不易产生偏析， 提高改性添加剂的利用效率。
【附图说明】
[0015] 图1为实施例中钛渣的X射线衍射图谱； 图2为Ca〇-B2〇3相图； 图3为Mg〇-B2〇3相图。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0017] -、一种利用高温钛渣余热去除其中钙镁杂质的方法，包括以下步骤： 1)在钛渣出渣时，向1680~1800 °C的处于熔融态的钛渣中加入改性添加剂，使钛渣和改 性添加剂一同进入渣罐并利用其进入渣罐的巨大动能混合均匀，得到混熔钛渣;再将混熔 钛渣放置在空气中冷却至室温，得到改性钛渣;所述的改性添加剂的添加量为钛渣质量的 0·5%~6%; 电炉冶炼钛渣的温度为1680-1800°C，钛渣的比热容为1.2kJ/(kg · °C)，每吨出电炉的 钛渣拥有约2.04X 106kJ热量（约560kW · h)，本步骤充分利用高温钛渣余热代替传统工艺 中单独的焙烧加热，减少了加热焙烧所需能耗，具有较好的节能减排效果。同时，通过钛渣 进入渣罐的巨大动能使钛渣和改性添加剂混合均匀，充分利用了动能的作用，既达到了混 合均匀的效果，也较传统方法节约了搅拌的能耗、减少了搅拌设备的投资。
[0018] 钛渣中的黑钛石相和硅酸盐相交互生长，钙镁杂质固溶于黑钛石相中，要去除黑 钛石相中的钙镁杂质，须通过化学法来对其除杂。采用酸浸法，可以去除部分硅酸盐相中的 杂质，但分布在黑钛石相的钙镁杂质不能与酸发生反应，同时黑钛石与硅酸盐相互嵌布，增 加了直接酸浸去除钙镁杂质的难度。因此，加入改性添加剂来改变钛渣矿物组成，使钙镁杂 质生成可溶的物质进入溶液，同时使含钛物相尽可能不与酸反应，这是钛渣除钙镁杂质的 关键。在钛渣出渣的过程中加入添加剂进行改性，并使二者共同降温，省去了钛渣升温焙烧 改性工艺环节，简化了钛渣除杂提纯工艺。改性添加剂与钛渣反应改性过程中不易产生偏 析，提高了改性添加剂的利用效率。
[0019] 2)将步骤1)得到的改性钛渣研磨过200目筛，取筛下的改性钛渣放入质量分数为 5%、温度为85°C的盐酸中匀速搅拌并浸出30min以上，得到悬浊混合液;其中，每100mL的盐 酸中放入l〇g筛下的改性钛渣。
[0020] 3)将步骤2)中得到的悬浊混合液用真空抽滤装置进行固液分离，得到固相的去杂 钛渣和液相的浸出液;将所述的去杂钛渣用去离子水冲洗若干次，再将其干燥脱水，得到符 合流态化氯化要求的氯化原料。
[0021 ]其中，所述的改性添加剂为硼化合物。
[0022]为了更精确地确定步骤1)中改性添加剂的添加量，可以采用以下方法： (1)取步骤1)中的钛渣进行X射线衍射分析，得到钛渣的组分构成、物相构成和钙镁杂 质的赋存状态。
[0023]钛渣中的黑钛石相和硅酸盐相交互生长，钙镁杂质固溶于黑钛石相中，要去除黑 钛石相中的钙镁杂质，须通过化学法来对其除杂。采用酸浸法，可以去除部分硅酸盐相中的 杂质，但分布在黑钛石相的钙镁杂质不能与酸发生反应，同时黑钛石与硅酸