专利名称：一种用电炉钛渣制取富钛料的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用TiO280~87％钛渣制取TiO2≥90％富钛料的工艺方法。
背景技术：
目前工业生产钛白粉的方法有硫酸法和氯化法两种。其中，硫酸法始于上世纪20年代，自1923年用来生产锐钛型钛白粉迄今已有60多年的历史。氯化法是一种较先进的方法，出现于上世纪50年代末，1958年用于生产金红石型钛白粉。硫酸法以钛铁矿或钛渣为原料，排出的废水和废物多；氯化法一般使用高品位富钛料，排出的废水和废物较少，因而氯化法钛白生产能力迅速增长，上世纪90年代以来国外建成的大型钛白粉厂大多采用氯化法。近年来随着氯化法钛白粉产业的发展，对高品位富钛料的需求量日益增长。
钛铁矿用电炉熔炼法制取的产品为钛渣，通常把TiO2含量≥90％的产品称为富钛料，把TiO2含量＜90％的产品称为钛渣。钛铁矿用其它方法制取的产品为人造金红石。高品位富钛料泛指TiO2含量≥90％的电炉富钛料和人造金红石。
针对钛精矿的品位低(TiO247~49％)，使用大功率电炉只能产出TiO2含量85~87％钛渣的问题。由于钛精矿品位低或非铁杂质高，用大功率电炉熔炼出的钛渣TiO2含量达不到≥90％的要求，必须采用含TiO2≥90％的人造金红石配料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，发明一种将品位较低的电炉钛渣制成TiO2≥90％的富钛料，为氯化法生产钛白粉提供原料，从原料上保证氯化法生产钛白的产品质量和技术经济指标；本发明工艺可以不需要用人造金红石配料，从而形成钛精矿→电炉钛渣→富钛料→氯化法钛白粉生产工艺，从工艺上做到环境友好、资源利用最大化和与环境协调发展。
传统技术原理电炉还原熔炼的温度在1500~2000℃之间，用电炉熔炼钛精矿只能除去铁，剩余的铁和其它杂质，在钛渣熔体出炉后的冷却结晶过程中，所有杂质与部分钛的氧化物形成黑钛石固熔体、塔基石固熔体和硅酸盐玻璃体。钛渣的物质成分非常稳定，一般的工艺条件很难分解。在硫酸法工艺中，钛渣是在高温、高压、高酸条件下被酸解，钛渣的酸解率要求达94％以上，使TiO2溶解后再水解、沉淀析出，利用杂质的可溶性将杂质截留在溶液中除去。
本发明的理念相反，首先用试剂在高温高压条件下选择性破坏钛渣的固熔体结构，然后让TiO2基本不溶解而使杂质选择性溶出。
本发明所用的电炉钛渣成分范围为TiO280~87％，Al2O32~8％，SiO22.5~4.5％，Fe 1~10％，Mn 0.8~1.0％，MgO 1.3~1.8％，CaO＜0.5％粒度75％≤0.186mm。
本发明是通过实施以下工艺过程来实现的其制取工艺包括高温高压浸出及第一次液固分离工序；中温常压浸出及第二次液固分离工序；洗涤及第三次液固分离工序；富钛料干燥工序；废液处理工序；所述的高温高压浸出及第一次液固分离工序是在温度120~145℃，压力0.2~0.4MPa条件下，浓度为30~180g/l的NaOH溶液能取到破坏钛渣固熔体的作用，这道工序可以溶出部分SiO2，实现液固分离后，钛渣的杂质含量可以降低2~3％；所述的中温常压浸出及第二次液固分离工序是在温度70~90℃，对固熔体结构遭到破坏的钛渣用浓度为20~100g/l的H2SO4溶液浸出，硫酸的用量和其它浸出条件取到选择性溶出杂质并限制TiO2少溶出的作用，实现液固分离后，钛渣的TiO2含量达到~90％；所述的洗涤及第三次液固分离工序是用热水搅拌洗出常温浸出滤渣中的残酸，实现液固分离后，钛渣的TiO2≥90％、MgO+CaO＜2.0％；所述的富钛料干燥工序是洗涤后钛渣含水分~11％，使用高温废气干燥降钛渣的游离水，干燥结束，得到TiO2≥90％、MgO+CaO＜2.0％、水份≤2％的钛渣；所述的废液处理是将高温高压浸出及第一次液固分离工序中的滤液循环使用，降低NaOH的消耗，当滤液SiO2浓度达到22-26g/l时，要从流程中开路出来，作为废液处理；中温浸出滤液一次性排出，作为废液用常规工艺处理。
添加的试剂是NaOH或者是H2SO4。试剂NaOH溶液的浓度为35~180g/l；试剂H2SO4溶液的浓度为20~100g/l。
高温高压浸出的温度最好是120~140℃；压力最好是0.2~0.4MPa。
中温常压浸出及第二次液固分离工序中的温度最好控制在80℃左右。
废液处理过程中当滤液SiO2浓度达到23-24g/l时，滤液须从流程中开路出来，作为废液处理。
制取的富钛料的成分为TiO2≥90％、MgO+CaO＜2.0％。
本发明利用TiO280~87％钛渣制取TiO2≥90％富钛料的工艺方法，其具有流程短、能耗和水耗低、成本低等优点，工艺过程所产生的废物和废水量少，废水中主要仅含硅、铝、铁、镁、锰等无机化合物，稍加处理就可达标排放，对环境影响小。废液处理工艺简单有效属，处理后废水符合排放标准，处理废水产生的二次废渣符合堆放标准。
图1是发明一种用电炉钛渣制富钛料的工艺方法的工艺流程示意图。
实现该发明的工艺流程的主要设备为高压反应釜及附属配套设施，固液分离设备，机械搅拌槽，沉降槽，各种规格的泵、贮槽，干燥窑等。
具体实施例方式本发明的生产过程详述高温高压浸出及第一次液固分离，将NaOH溶液与电炉钛渣在浆化槽1搅拌混合后连续泵入高压反应釜内，高压反应釜用蒸汽夹套供热，内设搅拌器搅拌2h，物料在高温高压条件下浸出，经过浸出后从高压反应釜连续排出，用泵连续泵入半自动压榨机进行第一次固液分离，得到的滤液返到钛渣混合槽再循环使用，滤渣卸入浆化槽1。
中温浸出及第二次液固分离，将H2SO4溶液与高温高压浸出滤渣在浆化槽2搅拌混合后泵入机械搅拌槽1内，机械搅拌槽用蒸汽直接供热，在常压和较高温度搅拌下浸出，浸出之后，用泵泵入半自动压榨机进行第二次固液分离，得到的滤液泵送废水处理，滤渣卸入浆化槽3。
洗涤及第三次液固分离工艺，常温浸出滤渣和热水在浆化槽3搅拌混合后泵入机械搅拌槽2内洗涤，洗涤结束，用泵泵入半自动压榨机进行第三次固液分离，过滤后洗水返到常温浸出用于配制试剂2溶液，滤渣集中处理。
富钛料干燥工艺，干燥窑以氯化法工艺过程的高温废气为热源，高温废气从窑头进入与湿渣作逆向运动，然后从窑尾经过收尘后排空。洗涤压滤渣用机械装卸到干燥窑的进料口，用螺旋从窑尾连续输入干燥窑，从窑头连续排出干燥渣，全部工艺到此结束。
废液处理工艺，将高温高压经多次循环后的废液和常温浸出滤液统一泵入废液处理池，在搅拌下加入试剂并控制废水终点PH＝7~8，之后进入沉清池，合格沉清水外排，浓泥过滤后作为无害渣堆放处置。
实施例1钛渣若干量，其成分为TiO286.37％，Al2O36.35％，SiO24.54％，Fe 2.36％，Mn 0.79％，MgO 1.32％，CaO＜0.05％；第一步，将钛渣和NaOH浓度120g/l的3倍溶液量投入高压釜内，在压力0.4MPa温度~145℃下搅拌反应2h；第二步，碱浸过滤渣和硫酸浓度为50g/l的3倍溶液量投入机械搅拌槽内，于90℃下搅拌反应2h；第三步，酸浸过滤渣用3倍热水量搅拌洗涤0.5h；第四步，洗后过滤渣送入干燥窑干燥，对干燥料定时取样检验，最后入库。
所得富钛料含量成分为TiO291.15％，Al2O34.98％，SiO22.05％，Fe 1.17％，Mn 0.33％，MgO 1.15％，CaO＜0.05％。
实施例2~4取相同钛渣三份，其成分为TiO286.37％，Al2O36.35％，SiO24.54％，Fe 2.36％，Mn 0.79％，MgO 1.32％，CaO＜0.05％；第一步，将钛渣和NaOH浓度为30g/l，80g/l，180g/l的2倍溶液量投入高压釜内，在压力0.2MPa温度~120℃下搅拌反应2h；第二步，碱浸过滤渣和H2SO4浓度为25g/l的3倍溶液量投入机械搅拌槽内，于70℃下搅拌反应2h；第三步，酸浸过滤渣用3倍热水量搅拌洗涤0.5h；第四步，洗后过滤渣送入干燥窑干燥，对干燥料定时取样检验，最后入库。
所得富钛料的TiO2含量见表1。
表1 相同酸度不同碱度下的富钛料TiO2含量
实施例5~7取相同钛渣三份，其成分为TiO286.37％，Al2O36.35％，SiO24.54％，Fe 2.36％，Mn 0.79％，MgO1.32％，CaO＜0.05％；第一步，将钛渣和NaOH浓度分别为85g/l的2倍溶液量投入高压釜内，在压力0.2MPa温度~120℃下搅拌反应2h；第二步，碱浸过滤渣分别和H2SO4浓度为20g/l，50g/l，100g/l的3倍溶液量投入机械搅拌槽内，于80℃下搅拌反应2h；第三步，酸浸过滤渣用3倍热水量搅拌洗涤0.5h；第四步，洗后过滤渣送入干燥窑干燥，对干燥料定时取样检验，最后入库。
所得富钛料的TiO2含量见表2。
表2 相同碱度不同酸度下的富钛料TiO2含量
实施例8~10取相同钛渣三份，其成分为TiO286.37％，Al2O36.35％，SiO24.54％，Fe 2.36％，Mn 0.79％，MgO1.32％，CaO＜0.05％；第一步，将钛渣和NaOH浓度为100g/l的2倍溶液量投入高压釜内，在压力分别为0.2MPa，0.3MPa，0.4MPa，温度分别为120℃，130℃，140℃的条件下搅拌反应2h；第二步，碱浸过滤渣和H2SO4浓度为25g/l的3倍溶液量投入机械搅拌槽内，于70℃、80℃、90℃温度下搅拌反应2h；第三步，酸浸过滤渣用3倍热水量搅拌洗涤0.5h；第四步，洗后过滤渣送入干燥窑干燥，对干燥料定时取样检验，最后入库。
所得富钛料的TiO2含量见表3。
表3 不同温度、压力下富钛料TiO2含量
本发明工艺生产的富钛料成分符合氯化法钛白生产对原料的要求TiO2≥90％、MgO+CaO＜2.0％。
权利要求
1一种用电炉钛渣制富钛料的工艺方法，其特征在于所使用的原料为电炉钛渣，其成分为TiO280~87％，Al2O32~8％，SiO22.5~4.5％，Fe 1~10％，Mn 0.8~1.0％，MgO 1.3~1.8％，CaO＜0.5％，粒度75％≤0.186mm，其制取工艺包括高温高压浸出及第一次液固分离工序；中温常压浸出及第二次液固分离工序；洗涤及第三次液固分离工序；富钛料干燥工序；废液处理工序；所述的高温高压浸出及第一次液固分离工序是在温度120~145℃，压力0.2~0.4MPa条件下，浓度为30~180g/l的NaOH溶液能取到破坏钛渣固熔体的作用，这道工序可以溶出部分SiO2，实现液固分离后，钛渣的杂质含量可以降低2~3％；所述的中温常压浸出及第二次液固分离工序是在温度70~90℃，对固熔体结构遭到破坏的钛渣用浓度为20~100g/l的H2SO4溶液浸出，硫酸的用量和其它浸出条件取到选择性溶出杂质并限制TiO2少溶出的作用，实现液固分离后，钛渣的TiO2含量达到~90％；所述的洗涤及第三次液固分离工序是用热水搅拌洗出常温浸出滤渣中的残酸，实现液固分离后，钛渣的TiO2≥90％、MgO+CaO＜2.0％；所述的富钛料干燥工序是洗涤后富钛料含水分~11％，使用高温废气干燥，降低游离水，干燥结束，得到TiO2≥90％、MgO+CaO＜2.0％、水份≤2％的产品；所述的废液处理是把高温高压浸出及第一次液固分离工序中的滤液循环使用，降低NaOH的消耗，当滤液SiO2浓度达到22-26g/l时，要从流程中开路出来，作为废液处理；中温浸出滤液一次性排出，作为废液用常规工艺处理。
2.根据权利要求1所述的一种用电炉钛渣制富钛料的工艺方法，其特征在于添加的试剂是NaOH、H2SO4。
3.根据权利要求1或2所述的一种用电炉钛渣制富钛料的工艺方法，其特征在于试剂NaOH溶液的浓度为35~180g/l；试剂H2SO4溶液的浓度为20~100g/l。
4.根据权利要求1所述的一种用电炉钛渣制富钛料的工艺方法，其特征在于高温高压浸出的温度最好是120~140℃；压力最好是0.2~0.4MPa。
5.根据权利要求1所述的一种用电炉钛渣制富钛料的工艺方法，其特征在于废液处理过程中当滤液SiO2浓度达到23g/l时，滤液须从流程中开路出来，作为废液处理。
6.根据权利要求1所述的一种用电炉钛渣制富钛料的工艺方法，其特征在于中温常压浸出及第二次液固分离工序中的温度最好为80℃。
7.根据权利要求1或2所述的一种用电炉钛渣制富钛料的工艺方法，其特征在于制取的富钛料的成分为TiO2≥90％、MgO+CaO＜2.0％。
全文摘要
本发明公开了一种用电炉钛渣制取富钛料的工艺方法，则利用TiO
文档编号C22B3/08GK1793391SQ20051004875
公开日2006年6月28日 申请日期2005年12月27日 优先权日2005年12月27日
发明者雷霆, 米家蓉, 张玉林, 马翔, 杨艳华, 周林 申请人:云南冶金集团总公司技术中心