一種利用高溫鈦渣余熱去除其中鈣鎂雜質(zhì)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鈦渣除雜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用高溫鈦渣余熱去除其中鈣鎂雜 質(zhì)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鈦是理想的結(jié)構(gòu)材料和優(yōu)良的耐蝕材料，被廣泛應(yīng)用于航空、航天、艦船、兵器、化 工、冶金、電力、海洋工程、醫(yī)藥、汽車體育用品等行業(yè)。鈦白粉具有優(yōu)異的顏料性能，可以說(shuō) 是一種最好的白色顏料。鈦白顏料主要用于涂料、油墨、塑料、造紙、化纖和橡膠等領(lǐng)域。鈦 及鈦白粉由TiCl4生產(chǎn)而來(lái)，因此TiCl4是鈦工業(yè)生產(chǎn)的重要原料。
[0003] 流態(tài)化氯化法是生產(chǎn)TiCl4的主流工藝，但其對(duì)原料鈣鎂氧化物含量要求嚴(yán)格（ω (CaO+MgO) < 1 · 5%/2 · 5%，ω代表質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。采用熱力學(xué)軟件FactSage進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算，結(jié) 果表明，鈦渣中各組分在氯化溫度下的氯化順序?yàn)镃aO > MnO > FeO (轉(zhuǎn)化為FeCl2) > Mg0> Fe2〇3> FeO (轉(zhuǎn)化為FeCl3) > Ti〇2> Al2〇3> Si〇2，CaO和MgO優(yōu)先于Ti〇2氯化。CaCl2與 MgCl2在氯化溫度下呈熔融狀態(tài)，難以揮發(fā)出去，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，它們?cè)诖矊觾?nèi)越積越多， 使顆粒粘結(jié)，惡化流態(tài)化狀況，有時(shí)甚至堵塞篩板孔眼，無(wú)法正常進(jìn)行氯化操作?？梢姡捎?鈣鎂含量符合流態(tài)化氯化要求原料，對(duì)流態(tài)化氯化爐順行有重要影響 攀枝花-西昌地區(qū)鈦資源儲(chǔ)量（以Ti02計(jì)）為8.7億噸，占世界已探明儲(chǔ)量的35.17%，占 國(guó)內(nèi)的90.54%。目前，采用攀西地區(qū)鈦精礦進(jìn)行電爐冶煉，所得鈦渣中MgO和CaO含量較高， 不能直接作為流態(tài)化氯化的原料。鈦渣中的大部分鈣鎂雜質(zhì)固溶于黑鈦石相，要去除黑鈦 石相中的鈣鎂雜質(zhì)，必須通過(guò)化學(xué)法除雜。黑鈦石相中的鈣鎂雜質(zhì)不與酸反應(yīng)，且黑鈦石與 硅酸鹽相互嵌布，增加了直接酸浸去除鈣鎂雜質(zhì)的難度。現(xiàn)有的鈦渣除鈣鎂雜質(zhì)方法流程 較長(zhǎng)，能源消耗較高。
[0004] 目前，現(xiàn)有的鈦渣除鈣鎂雜質(zhì)方法主要分為焙燒浸出和選擇性析出分選浸出兩大 類。Krzysztof Borowiec和孫朝暉分別采用含ω (CaO+MgO)為5.90%和5.21%的鈦渣，進(jìn)行高 溫氧化還原_加壓酸浸出實(shí)驗(yàn)，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)為5.47%的鈦渣，進(jìn)行高溫預(yù)氧化-選擇性氯化-加壓酸浸出 實(shí)驗(yàn)，得到含ω (CaO+MgO)為1.33%的流態(tài)化氯化原料。Eldger Gerald W等采用含ω (Ca0+ MgO)為9.07%的鈦渣，進(jìn)行硫酸化焙燒-酸浸出實(shí)驗(yàn)，得到含ω (CaO+MgO) 0.80%的流態(tài)化氯 化原料。劉水石等采用含ω (CaO+MgO) 9.57%的鈦渣，進(jìn)行磷酸化焙燒-酸浸出實(shí)驗(yàn)，得到含 ω (CaO+MgO) 0.42%的流態(tài)化氯化原料。Jarish Basil和董海剛分別采用含ω (CaO+MgO) 6.10%和9.57%的鈦渣，進(jìn)行鈉化焙燒-酸浸出實(shí)驗(yàn)，得到含ω (CaO+MgO)0.69%和0.78%的流 態(tài)化氯化原料。蔣祉剛等采用含鈣鎂較高的酸溶性鈦渣，進(jìn)行酸化焙燒酸浸-重選實(shí)驗(yàn)，得 到ω (CaO+MgO) < 1.5%的流態(tài)化氯化原料。
[0005] 上述方法主要是針對(duì)生產(chǎn)獲得的鈦渣，通過(guò)氧化還原焙燒、浸出等工藝去除鈦渣 中的鈣鎂雜質(zhì)。電爐冶煉鈦渣的溫度為1680-1800°C，鈦渣的比熱容為1.2kJ/(kg · °C )，每 噸出電爐的鈦渣擁有約2.04X 106kJ熱量(約560kW · h)。將高溫鈦渣冷卻后再升溫去除鈦 渣中鈣鎂雜質(zhì)的方法浪費(fèi)了大量的熱量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提出一種利用高溫鈦渣余熱去除其中鈣鎂 雜質(zhì)的方法，簡(jiǎn)化工藝并充分利用高溫鈦渣的熱能，對(duì)鈦冶金工藝及節(jié)能減排有重要的創(chuàng) 新意義。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下： 一種利用高溫鈦渣余熱去除其中鈣鎂雜質(zhì)的方法，包括以下步驟： 1) 在鈦渣出渣時(shí)，向1680~1800 °C的處于熔融態(tài)的鈦渣中加入改性添加劑，使鈦渣和改 性添加劑一同進(jìn)入渣罐并混合均勻，得到混熔鈦渣;再將混熔鈦渣放置在空氣中冷卻至室 溫，得到改性鈦渣;所述的改性添加劑的添加量為鈦渣質(zhì)量的0.5%~6%; 2) 將步驟1)得到的改性鈦渣研磨過(guò)200目篩，取篩下的改性鈦渣放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、溫 度為85 °C的鹽酸中勻速攪拌并浸出30min以上，得到懸濁混合液;其中，每1 OOmL的鹽酸中放 入l〇g篩下的改性鈦渣； 3) 將步驟2)中得到的懸濁混合液用真空抽濾裝置進(jìn)行固液分離，得到固相的去雜鈦渣 和液相的浸出液;將所述的去雜鈦渣用去離子水沖洗若干次，再將其干燥脫水，得到符合流 態(tài)化氯化要求的氯化原料。
[0008] 進(jìn)一步，所述的改性添加劑為硼化合物。
[0009] 進(jìn)一步，步驟2 )中改性添加劑的添加量的確定方法包括以下步驟： (1) 取步驟1)中的鈦渣進(jìn)行X射線衍射分析，得到鈦渣的組分構(gòu)成、物相構(gòu)成和鈣鎂雜 質(zhì)的賦存狀態(tài)； (2) 通過(guò)FactSage軟件計(jì)算得到Ca〇-B2〇3相圖和Mg〇-B2〇3相圖，根據(jù)所述的Ca〇-B2〇3相 圖和Mg〇-B 2〇3相圖中得到的硼酸鈣和硼酸鎂的結(jié)合形式以及步驟(1)得到的組分構(gòu)成、物相 構(gòu)成和鈣鎂雜質(zhì)的賦存狀態(tài)來(lái)計(jì)算硼化合物的添加量。
[0010] 進(jìn)一步，所述的改性添加劑的添加量為鈦渣質(zhì)量的2%。
[0011] 與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果： 1、利用高溫鈦渣余熱代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝中單獨(dú)的焙燒加熱，充分利用了冶金能源，降低了 加熱焙燒所需能耗，具有較好的節(jié)能減排效果。
[0012] 2、在鈦渣出渣的過(guò)程中加入添加劑進(jìn)行改性，并使二者一共降溫，省去了鈦渣升 溫焙燒改性工藝環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化了鈦渣除雜提純工藝。
[0013] 3、在鈦渣出渣時(shí)加入添加劑，可以有效利用鈦渣進(jìn)入渣罐的巨大動(dòng)能，使得添加 劑與鈦渣充分均勻混合。
[0014] 4、添加劑與鈦渣充分均勻混合后，添加劑與鈦渣反應(yīng)改性過(guò)程中不易產(chǎn)生偏析， 提高改性添加劑的利用效率。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為實(shí)施例中鈦渣的X射線衍射圖譜； 圖2為Ca〇-B2〇3相圖； 圖3為Mg〇-B2〇3相圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0017] -、一種利用高溫鈦渣余熱去除其中鈣鎂雜質(zhì)的方法，包括以下步驟： 1)在鈦渣出渣時(shí)，向1680~1800 °C的處于熔融態(tài)的鈦渣中加入改性添加劑，使鈦渣和改 性添加劑一同進(jìn)入渣罐并利用其進(jìn)入渣罐的巨大動(dòng)能混合均勻，得到混熔鈦渣;再將混熔 鈦渣放置在空氣中冷卻至室溫，得到改性鈦渣;所述的改性添加劑的添加量為鈦渣質(zhì)量的 0·5%~6%; 電爐冶煉鈦渣的溫度為1680-1800°C，鈦渣的比熱容為1.2kJ/(kg · °C)，每噸出電爐的 鈦渣擁有約2.04X 106kJ熱量（約560kW · h)，本步驟充分利用高溫鈦渣余熱代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝 中單獨(dú)的焙燒加熱，減少了加熱焙燒所需能耗，具有較好的節(jié)能減排效果。同時(shí)，通過(guò)鈦渣 進(jìn)入渣罐的巨大動(dòng)能使鈦渣和改性添加劑混合均勻，充分利用了動(dòng)能的作用，既達(dá)到了混 合均勻的效果，也較傳統(tǒng)方法節(jié)約了攪拌的能耗、減少了攪拌設(shè)備的投資。
[0018] 鈦渣中的黑鈦石相和硅酸鹽相交互生長(zhǎng)，鈣鎂雜質(zhì)固溶于黑鈦石相中，要去除黑 鈦石相中的鈣鎂雜質(zhì)，須通過(guò)化學(xué)法來(lái)對(duì)其除雜。采用酸浸法，可以去除部分硅酸鹽相中的 雜質(zhì)，但分布在黑鈦石相的鈣鎂雜質(zhì)不能與酸發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)黑鈦石與硅酸鹽相互嵌布，增 加了直接酸浸去除鈣鎂雜質(zhì)的難度。因此，加入改性添加劑來(lái)改變鈦渣礦物組成，使鈣鎂雜 質(zhì)生成可溶的物質(zhì)進(jìn)入溶液，同時(shí)使含鈦物相盡可能不與酸反應(yīng)，這是鈦渣除鈣鎂雜質(zhì)的 關(guān)鍵。在鈦渣出渣的過(guò)程中加入添加劑進(jìn)行改性，并使二者共同降溫，省去了鈦渣升溫焙燒 改性工藝環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化了鈦渣除雜提純工藝。改性添加劑與鈦渣反應(yīng)改性過(guò)程中不易產(chǎn)生偏 析，提高了改性添加劑的利用效率。
[0019] 2)將步驟1)得到的改性鈦渣研磨過(guò)200目篩，取篩下的改性鈦渣放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 5%、溫度為85°C的鹽酸中勻速攪拌并浸出30min以上，得到懸濁混合液;其中，每100mL的鹽 酸中放入l〇g篩下的改性鈦渣。
[0020] 3)將步驟2)中得到的懸濁混合液用真空抽濾裝置進(jìn)行固液分離，得到固相的去雜 鈦渣和液相的浸出液;將所述的去雜鈦渣用去離子水沖洗若干次，再將其干燥脫水，得到符 合流態(tài)化氯化要求的氯化原料。
[0021 ]其中，所述的改性添加劑為硼化合物。
[0022]為了更精確地確定步驟1)中改性添加劑的添加量，可以采用以下方法： (1)取步驟1)中的鈦渣進(jìn)行X射線衍射分析，得到鈦渣的組分構(gòu)成、物相構(gòu)成和鈣鎂雜 質(zhì)的賦存狀態(tài)。
[0023]鈦渣中的黑鈦石相和硅酸鹽相交互生長(zhǎng)，鈣鎂雜質(zhì)固溶于黑鈦石相中，要去除黑 鈦石相中的鈣鎂雜質(zhì)，須通過(guò)化學(xué)法來(lái)對(duì)其除雜。采用酸浸法，可以去除部分硅酸鹽相中的 雜質(zhì)，但分布在黑鈦石相的鈣鎂雜質(zhì)不能與酸發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)黑鈦石與硅酸