高钛渣强化焙烧-浸出法制备人造金红石.pdf

高钛渣强化焙烧一浸出法制备人造金红石 舀蒋伟，蒋训雄，范艳青，汪胜东，张髓高，刘巍，冯林勇 北京矿7 台研究总院，北京1 0 0 0 7 0 摘要通过对高钛渣化学成分及物相的分析，选择强化焙烧一浸出工艺制备人造金红石，为氯 化法生产钛白粉提供优质原料。试验研究得出最佳工艺条件为焙烧温度9 0 0 ℃，洗涤剂浓度 5 0 9 ／L ，洗涤液固比3 1 ，洗涤温度为6 0 ℃，洗涤时间为0 ．5h 。制备出的人造金红石T i 0 2 品位高达9 4 ％ 以上，满足中华人民共和国有色行业标准Y S ／T 2 9 9 ．2 0 1 0 规定的人造金红石T i O ．1 产品的要求。 关键词高钛渣；人造金红石；强化焙烧；浸出 中图分类号T F 8 0 3 ．2 4 ；T F 8 2 3 文献标识码A 文章编号2 0 9 5 1 7 4 4 2 0 11 0 3 0 0 3 5 ．0 3 钛白粉是目前世界上性能最好的一种白色颜料，是苇 要的精细化』 材料⋯。硫酸法生产钛白粉主要弊端是废物 排放量较大，对环境污染严重1 2 l 。据统计[ 3 】，每牛产1t 钛 白粉要排出2 0 ％左右的硫酸8 ～1 0t ，硫酸业铁晶体2 ．5 ～3 ．5t ， 酸性废水 5 ％以下 2 0 0t 左右，酸性废渣5 0 0 ～6 0 0k g ，废 气2 1 0 ～】0 4m 3 ，对环境污染相当严重。氯化法生产钛 白粉不仅产品质量好，而且生产过程中“三废”少卜“，容 易治理，因此采用氯化法生产钛白粉【7 】，是社会和经济发 展的必然趋势，是我国钛工业的发展方向【8 】，但是氯化法 生产钛白粉对原料品位要求较高，电炉熔炼制备的高钛渣 品位较低，不适宜于直接采用氯化法生产钛白粉一】。研究中， 开发出一种清洁、优质的人造金红石生产工艺，为高效利 用高钛渣资源提供适用技术。 1 试验方法 1 ．1 试验用原料 试验用原料为四川某钛铁矿制备的高钛渣，化学成 分及钛、铁物相分析分别见表l 和表2 。表1 表明，高钛 渣T i O 品位低，杂质元素含量高，难以达到氯化法生产 钛白对人造金红石品位的要求。高钛渣杂质成分主要为 铁、钙、铝、镁以及硅，单从成分考虑，．铁、钙、镁和铝 可通过酸性介质浸出处理除去，而铝、硅元素理论上可被 碱溶出。 成分 含量 成分 含量 表I 高钛渣化学成分 胍 T i 0 2 C a O M g OA 1 2 0 3F e 2 0 3 7 2 ．5 42 ．4 33 ．2 32 ．0 2 12 ．3 2 S i 0 2 SCPM n 5 ．6 20 ．0 8 40 ．2 90 ．0 l1 ．9 6 表2 高钛渣物相分析结果／％ 相别磁性铁中铁赤褐铁矿中铁钛铁矿中铁硅酸铁中铁 含量0 ．6 2 0 ．3 06 ．9 00 ．8 l 占有率 7 ．183 ．4 77 9 ．9 59 ．3 8 名称 磁豁中‘榍石中m 钛翟中金髹中 含量0 ．3 11 ．6 65 ．9 06 5 ．7 0 占有率0 ．4 22 ．2 5 8 ．0l 8 9 ．3 0 物相分析结果表明，铁主要赋存在钛铁矿中，T i O 主 要以金红石、钛铁矿以及榍石形态进入高钛渣中。由于还 原熔炼钛铁矿制备高钛渣时，还原剂、熔炼温度和高钛渣 出炉后随温度而变化，使高钛渣以钛的各种氧化物形成一 有色金属工程2 0 1 1 年第3 期3 5 万方数据 系列复杂的固溶体，从而使钛固溶体将杂质元素包裹。高 钛渣X 衍射图谱见图l 。 2 0 ／ 。 图1 高钛渣的x 衍射图 高钛渣的x 衍射图表明，钙以硅酸钙钛矿物的形式存 在，镁以a r m a l c o l i t e 矿的形式存在，通过电热法、还原锈 蚀法以及硫酸浸出法难以除去钙、镁等非铁杂质。 采用除杂能力强的浸出剂进行除杂，以提高制人造金 红石T i 0 2 的品位。 1 ．2 试验原理 根据高钛渣的化学成分及物相分析，杂质成分既有碱 性物质，又有酸性物质，杂质元素被钛化合物包裹，采用 湿法直接浸出，杂质元素不易裸露，脱除效果差。故需要 使杂质元素解离裸露，才能有效地与浸出介质接触，从而 使之进入溶液，达到钛与杂质分离的目的。 以高温熔炼后的高钛渣为原料，采用“强化焙烧一浸出” 工艺，既解决了高钛渣杂质裸铅问题，又使杂质元素得到 了高效浸出，提高人造金红石的品位，为氯化钛白提供高 品质的人造金红石。 2 试验结果与分析 “强化焙烧一浸出”工艺主要目的是降低人造金红石 杂质含量，提高T i O 的品位。为了确定制备人造金红石的 最佳j 二艺，重点考察了强化焙烧温度、洗涤添加剂浓度、 洗涤温度、洗涤时间、洗涤液固比等参数对工艺的影响。 2 ．1 强化焙烧温度的影响 述 q 畦 d 每 博 翊 删 则 焙烧温度／℃ 图2 强化焙烧温度的影响 将高钛渣配置一定添加剂量后，考察在不同温度条件 下强化焙烧一浸出工艺对制备人造金红石的影响，浸出条 件浸出温度9 0 ℃、液固比6 1 、浸出时间2h 。试验 结果见图2 。 强化焙烧温度试验结果表明，在一定添加剂条件下进 行强化焙烧所制备的人造会红石T i O ，的品位均在9 0 ％以 上，且随焙烧温度的升高，T i o ，品位也有所提高，综合考 虑技术经济条件，选择焙烧温度9 0 0 ℃为宜。 2 ．2 洗涤添加剂浓度的影响 经强化焙烧后，大部分硅酸盐、钛酸盐以及铝酸盐被 分解重组，所以将强化焙烧后渣进行洗涤以脱除可溶性杂 质。洗涤条件初步设定为洗涤温度9 0 ℃、洗涤时间2h 、 洗涤液固比为6 1 ，改变添加剂的浓度，试验结果见表3 。 表3 添加剂浓度对洗涤的影响 添加剂浓度洗涤液洗涤温度洗涤时间 “g L 。 固比／。C ／h 06 l9 02 5 06 19 02 l o o6 l9 02 2 0 06 l9 02 结果表明，随着洗涤添加剂浓度的增加， r i O ，品位随 着提高。当添加剂浓度大于5 0g ／L 时，随洗涤添加剂浓度 的增大，所得制备出的人造金红石T i O ，品位提高缓慢。从 人造金红石中T i O ，品位考虑，所得的人造金红石满足中 华人民共和国有色行业标准Y S ／T 2 9 9 2 0 1 0 所规定的人造 金红石T i O ，．1 品级的要求。 o 2 ．3 洗涤液固比的影响 添加剂浓度条件试验得出洗涤添加剂浓度大于5 0g ／L 时，制备出的人造金红石T i O 品位变化较小，且均大 于9 4 ％。考虑经济成本的影响，选择洗涤添加剂浓度为 5 0g ／L 对焙烧渣进行洗涤。具体试验条件为洗涤添加剂浓 度5 0g ／L 、洗涤温度9 0 ℃、洗涤时间2h ，改变洗涤液固比，试 验结果见图3 。 图3 液固比的影响 述 趟 咯 d 茸 3 6 工程应用E n g i n e e r i n gA p p l i c a t i o n 旺 n o 仉 鸺 加 铂Q 丹眩蛆％％ 万方数据 图3 给出了液固比对渣率以及人造金红石T i O 品位的 影响。结果显示，液固比增加，渣率逐渐降低，T i O 品位 逐渐提高，但当液同比大于4 1 时，对渣率以及T i O 品 位影响均较小。主要是因为随着洗涤液固比的增大，添加 剂总量亦在增加，从而提高脱出杂质的能力。 2 ．4 洗涤温度和时间的影响 从杂质成分看，一般情况下温度越高对洗涤越彳f 利， 洗涤时间越长，洗涤效果越好。固定强化焙烧温度、时问， 洗涤添加剂用量以及洗涤液固比，对洗涤温度及洗涤时 间进行条件试验，试验结果见图4 和图5 。 摹 ＼ 趟 咯 N o 芦 摹 ＼ 趔 Ⅱ臣 “ o 苗 洗涤温度／℃ 图4 洗涤温度的影响 洗涤时『日jm 图5 洗涤时间的影响 在试验条件范围内，洗涤温度以及洗涤时间对人造金 红石中T i O 的品位影响均较小，制备的人造金红石T i O 的品位均在9 4 ％左右。 2 ．5 强化焙烧一浸出综合条件试验 通过上述多因素条件试验研究，确定最佳强化焙烧一洗 涤的工艺条件为焙烧温度9 0 0 ℃，洗涤添加剂浓度 5 0g ／L ，洗涤液固比3 l ，洗涤温度6 0 ℃，洗涤时间0 ．5h 。以 最佳条件得到的物料进行浸出，浸出温度9 0 ℃，浸出时间 2h ，初始浸出剂浓度2 2 ％，结果如表4 所示。 表4 浸出试验结果 肠 成分T i 0 2C aM g A JF c M nSCP 含量9 4 ．0 80 ．0 5 4O ．0 1 6 0 ．0 0 9O ．6 4 O ．0 1 9 O ．0 0 5 9 ．0 0 5 0 ．0 0 5 高钛渣强化焙烧一浸出试验结果表明，所制备的人造 金红石T i O 品位大于9 4 ％，钙镁总量小于0 ．1 ％，满足中 华人民共和国彳f 色行业标准Y S ／T 2 9 9 ．2 0 1 0 对人造金红石 成分规定的T i O ．I 产品的要求，人造金红石行业标准见表 5 。高钛渣制备出的人造金红石x 衍射见图6 。 表5 牌号鼍于 T i O ，．19 0 ．0 T i Q ，_ 28 7 ．0 T i O , - 3 8 5 ．0 T i 0 ，- 48 2 ．0 人造金红石化学成分 Y S ／T 2 9 9 2 0 1 0 ／％ 杂质含量茎 ’ F eM nPSCC a 0 M g O 2 ．O2 ．0 0 ．0 3 0 ．0 30 ．0 41 ．O 3 ．03 ．00 ．0 40 ，0 40 ．0 52 ．O 4 ．03 ．0 0 ．0 40 ．0 5 0 ．0 62 ．O 5 ．04 ．00 ．0 40 ．0 60 ．0 62 ．5 图6 3 结论与展望 人造金红石X 衍射图谱 ● 通过试验研究，提出了高钛渣经“焙烧一浸出”制备人 造金红石工艺，优化了强化焙烧温度、洗涤浓度、洗涤液固 比、洗涤温度以及洗涤时间等工序参数，制备出了满足有色 金属行业标准规定人造金红石T i O ，．1 要求的产品，为氯化 法生产钛白粉提供优质的原材料，具有较好的应用前景 强化焙烧一浸出工艺制备人造金红白 有待进一步优化 添加剂用量，需要进一步进行放大试验验证，以及后继处 理方面的j 二作。 参考文献 【l 】李广志．硫酸法太白工艺改进及其废酸涪理阴．污染防治技术，2 0 0 1 ， 1 4 4 4 8 5 0 ． 【2 】许红，殷咏梅，李鑫．硫酸法钛白废酸利用及发展简况啊．无机盐工业， 2 0 0 7 ，3 9 6 1 0 - 1 1 ． 【3 】杨金燕，刘东杰．硫酸法钛白废酸循环利用的探讨明．贵州化工，2 0 0 8 ， 3 3 5 5 0 5 1 ． 【4 】龚家竹，江秀英，袁丰波．硫酸法钛白废酸浓缩技术研究现状及发展方向 田．无机盐工业，2 0 0 8 ，4 0 8 1 - 3 ． 【5 】刘文向．氯化法钛白国内技术经济浅析啊．氯碱工业，2 0 0 0 0 0 2 9 3 1 ． 【6 】姜海溲，季春忠，吕志敏，等．氯化钛白氧化反应墨壁结巴机理[ J l 。华东 理工大学学报，2 0 0 l ，2 7 2 1 5 2 1 5 6 ． 【7 】睬刚．氯化法生产钛白的三废治理哪．工业安全与环保，2 0 0 8 ，3 4 4 4 7 - 4 9 ． 【8 】顾荣良．四氯化钛的生产和市场研究叨．上海化工，2 0 0 8 ，3 3 0 3 5 3 8 ． 【9 】龚家竹．铁白粉生产工艺技术进展四．无机盐工业，2 0 0 3 ，3 5 6 5 - 7 ． 有色金属工程2 0 1 1 年第3 期3 7 万方数据