一种酸溶性钛渣提纯方法与流程

[0001]
本发明涉及钛冶金技术领域，具体是一种用酸溶性钛渣制备金红石的方法，更具体涉及一种酸溶性钛渣提纯方法。


背景技术：

[0002]
钛白粉既是一种工业产品，同时也是一种重要的工业原料，在国民生活中具有广泛的用途。根据原料的不同，太钛白粉分为金红石型钛白粉和锐钛矿型钛白粉两大类。其中金红石型钛白粉具有更优的品质以及较为清洁的生产工艺。生产金红石型钛白粉的生产工艺为氯化法，而氯化法生产该工艺对钛原料中的杂质(钙、镁、铁、锰、钒、硅)含量有较高要求。我国攀西地区有丰富的钛资源，但是上述杂质的含量普遍偏高，不能满足氯化法钛白粉生产的工艺要求。
[0003]
中国专利cn1164497c，公开了一种人造金红石的制造方法，其通过磷酸盐作为改性剂，并在1450℃高温下做改性处理，然后再细磨，再用硫酸两段浸取，再用重选方法拖出玻璃相钙镁，获得金红石。此方法添加了磷酸盐作为改性剂，引入了外部物质，工艺步骤繁琐，增加了成本。
[0004]
中国专利cn104803415b，公开了一种由酸溶性钛渣制备金红石的方法，其通过粉碎、以碳酸钠为改性剂在750℃～850℃下，用微波进行改性处理，再加入氟化氢铵作为添加剂，再用酸浸沸腾除杂、过滤、洗涤、干燥，获得金红石。此方案加入了氟化氢铵作为改性剂，也同样引入了外部物质，工艺步骤繁琐，增加了成本。
[0005]
中国专利cn105836797b，公开了一种由酸性钛渣制备金红石的方法，其通过粉碎、以氢氧化钠为改性剂在850℃～900℃下，用微波进行改性处理，再经过水洗、酸浸出，以及在850℃～900℃下，进行微波煅烧，获得金红石。此方法使用了氢氧化钠作为改性剂，并使用了微波处理，同样引入了外部物质，工艺步骤繁琐，增加了成本。
[0006]
综上，亟需一种工艺步骤简单，能够对钛渣进行深度除杂，稳定可靠的满足氯化法钛白粉生产要求的金红石。


技术实现要素：

[0007]
本发明的目的在于：针对现有技术中用酸溶性钛渣制备金红石时，流程复杂的问题，提供一种酸溶性钛渣提纯方法，该方法通过煅烧以及控制冷却速度，将二氧化钛转化为难溶于酸碱的金红石，将其他杂质转化为可溶于酸或碱的化合物，实现了金红石与其他杂质的预处理，为后续金红石和杂质的分离奠定了基础。
[0008]
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0009]
一种酸溶性钛渣提纯方法，包括以下步骤，
[0010]
s1，将酸溶性钛渣粉末进行磁选；
[0011]
s2，将磁选后的酸溶性钛渣粉末进行煅烧，煅烧温度850℃～1000℃，煅烧时间0.5～2小时；
[0012]
s3，将煅烧后的粉末分散于低温介质中冷却，得到含钛组分中金红石的质量分数在85％以上的粉末。
[0013]
低温介质是指能将煅烧后的酸溶性钛渣快速降温至100摄氏度以下的液态或者气态介质。
[0014]
酸溶性钛渣中的物相主要包括黑钛石、板钛石、塔基石以及玻璃混合相。粉末中的杂质酸碱反应活性低。将酸溶性钛渣粉碎成粉末，经过磁选，将粉末中的大部分的铁杂质去除；在此基础上，将酸溶性钛渣进行煅烧，在煅烧快速冷却后，各类物质的活性提高。粉末的主要成分转化为金红石(tio
2
)、顽火辉石(mgsio
3
)和铁板钛矿(fe
2
tio
5
)。
[0015]
其中含钛组分包括金红石(tio
2
)和铁板钛矿(fe
2
tio
5
)。含钛组分中金红石(tio
2
)为有效利用成分，其重量比例占含钛组分的85％以上；顽火辉石(mgsio
3
)和铁板钛矿(fe
2
tio
5
)具有良好的活性，能够与酸或者碱反应。实现了金红石与其他杂质的分离，为进一步提升金红石的纯度奠定了基础。
[0016]
发明人发现，快速冷却煅烧后的酸溶性钛渣时，通过控制冷却的速度，能够控制粉末中金红石含量。在冷却过程中，冷却介质除了提供冷源，还起到将煅烧粉末分散、使粉末能够快速充分的与冷却介质接触的作用。因此，所使用到的冷却介质在单位时间的用量远超过仅作为冷源的量。冷却速度能够通过煅烧粉末与使用介质的比例来控制，在冷却介质用量远超过仅作为冷源所需的量时，冷却速度与煅烧料的加入速度相关。
[0017]
冷却方式可以采用气冷或者水冷的方式，优选的采用水冷的方式，将粉末与冷却水按照比例混合，实现粉末的快速冷却。冷却水的温度低于95℃。
[0018]
作为本发明的优选方案，所述酸溶性钛渣粉末的粒度分布为，-200～400目占10-20％；-400～800目占40-70％；-800目占10-50％。优选的，所述酸溶性钛渣粉末的粒度分布为，-200～400目占10-15％；-400～800目占40-60％；-800目占25-50％。
[0019]
通过将酸溶性钛渣粗碎、细磨、分级，先粗碎为利于小于5mm的颗粒，再经过细磨、分级得到上述粒度分布的酸溶性钛渣粉末。磁性物和非磁性物得以充分解离，利于后续磁选工序进行。
[0020]
作为本发明的优选方案，磁选时，磁场强度为40～100ka/m。优选的，磁选时，磁场强度为40～60ka/m。
[0021]
通过磁选将大部分的铁磁性物从粉末中去除。
[0022]
作为本发明的优选方案，煅烧时，煅烧温度为850℃～1000℃，煅烧时间为0.5～2h。优选的，煅烧时，煅烧温度为910℃～950℃，煅烧时间为0.8～1.2h。
[0023]
提高煅烧温度和延长煅烧时间能够提升物料活性。当温度低于850℃时，物料活性较低，煅烧温度在910℃～950℃时既能保持物料活性，又减少了煅烧耗能，利于工业化应用。
[0024]
作为本发明的优选方案，步骤s3中，将煅烧后的粉末采用水雾化法进行冷却。
[0025]
作为本发明的优选方案，水雾化法进行处理时，粉体流量45～90kg/min；水流量110～380kg/min；水流速度70～230m/s，水压5.5～21mpa。
[0026]
优选的，粉体流量60～80kg/min；水流量200～250kg/min；水流速度150～180m/s，水压12～15mpa。
[0027]
冷却水的温度小于90℃。
[0028]
通过控制粉体加料量，调节喷嘴水流量和压力，以使得粉体与冷却水能够快速充分的混合。粉体与水接触后降低至接近冷却水的温度。
[0029]
当冷却速度控制在45～90kg/min，含钛组分金红石的含量能够达到85％以上，且保持了其他杂质的活性，进一步提纯后的金红石纯度达到90％以上，能够满足氯化法钛白粉的生产。在上述水体参数控制情况下，当粉体流量高于90kg/min时，冷却效果较差，仍有大量的黑钛石存在，转化率不高；当粉体流量低于45kg/min时，冷却速度过快，能耗高，极不经济。
[0030]
本发明还提供一种制备金红石的方法，如上述得到的金红石为主要成分的粉末进行如下处理：
[0031]
酸洗，采用质量百分数为2～10％的硝酸或盐酸对待处理粉末进行酸洗；酸洗液固比为2～5:1；酸洗温度70℃～180℃；酸洗压强0.03～1.0mpa；酸洗时间1～3小时；过滤，洗涤，得到酸洗滤液和酸洗滤渣；
[0032]
碱洗，采用质量百分数为1～7％的氢氧化钠溶液对酸洗滤渣进行碱洗；碱洗液固比为3～4:1；碱洗温度80℃～100℃；碱洗时间1～3小时；过滤、洗涤，得到碱洗滤液和碱洗滤渣；
[0033]
造粒，将碱洗滤渣加热烘干，烘干温度100℃～300℃，烘干时间0.5～2小时，得到金红石颗粒料。
[0034]
作为本发明的优选方案，碱洗后，碱洗滤渣中残留碱洗滤液，利用碱洗滤液的粘结性进行造粒。
[0035]
本发明还提供一种一种水雾化法冷却装置，包括罐体，所述罐体顶部设有物料进口，所述物料进口四周设有若干进水喷头，所述喷头沿所述物料进口的轴线环向设置，能够向所述物料进口轴线方向喷水。
[0036]
作为本发明的优选方案，该冷却装置中，物料进口处设有保温漏包，用于对煅烧后的粉末进行保温。所述保温漏包的下方，设有环状的喷水管，所述的若干喷头均匀的分布在所述喷水管上。所述环状的喷水管的圆心位于所述保温漏包的中轴线上。
[0037]
进一步的，所述罐体的底部为漏斗形，所述罐体底部设有物料出口。所述罐体的上部设有若干的排气管，水蒸气能够从排气管排出，所述罐体的中部设有若干的排水管，冷却水能够从所述排水管排出。
[0038]
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
[0039]
1、本发明的酸溶性钛渣的提纯方法，针对攀西地区可溶性钛渣中杂质含量高，不易溶于酸碱的特定，通过高温煅烧以及快速冷却相结合，使得粉末的主要成分转化为金红石(tio
2
)、顽火辉石(mgsio
3
)和铁板钛矿(fe
2
tio
5
)。顽火辉石(mgsio
3
)和铁板钛矿(fe
2
tio
5
)具有良好的活性，能够与酸或者碱反应。实现了金红石与其他杂质的分离，且将杂质转化为酸碱易反应的形态，为进一步提升金红石的纯度奠定了基础。
[0040]
2、本发明的酸溶性钛渣提纯方法，通过采用水雾化法实现煅烧粉末的快速冷却。该方法通过控制粉体流量和水流量实现水和粉体流量的控制，通过使用不同的喷嘴控制水流速度和水压，以使得粉体能够快速充分的与冷却水混合。粉体与水接触后降低至接近冷却水的温度，从而实现粉末的快速冷却。
[0041]
3、本发明的酸溶性钛渣提纯时使用的水雾法冷却装置，通过罐体、喷头的合理设
置，能够方便的实现水雾化法冷却。利于实现工业化生产。
[0042]
4、本发明的酸溶性钛渣提纯方法，获得的以金红石为主的粉末，再经过酸洗、碱洗、造粒，得到含量90％以上的金红石颗粒。能够满足氯化法生产钛白粉的需求。
附图说明
[0043]
图1是本发明的水雾化法冷去装置的结构示意图。
[0044]
图2是本发明的酸溶性钛渣的物相分析图。
[0045]
图标：1-罐体；11-物料出口；2-喷水管；21-喷嘴；3-排气管；4-排水管；5-保温漏包。
具体实施方式
[0046]
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
[0047]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0048]
实施例1
[0049]
本实施例采用攀西地区某酸溶性钛渣为原料，其中各元素的含量测试结果，以及氯化法生产钛白粉对高钛渣中杂质含量的要求如下表：
[0050]
表1，酸溶钛渣与氯化法钛白粉生产要求的高钛渣组分含量
[0051][0052][0053]
将上述酸溶性钛渣按照如下方法处理：
[0054]
将酸溶性钛渣粗碎、细磨、分级；先粗碎为利于小于5mm的颗粒，再经过细磨、分级酸溶性钛渣粉末。酸溶性钛渣中，-200～400目占15％；-400～800目占40％；-800目占45％。
[0055]
s1，将酸溶性钛渣粉末进行磁选；磁场强度为60ka/m；
[0056]
s2，将磁选后的酸溶性钛渣粉末进行煅烧，煅烧温度950℃，煅烧时间1小时；
[0057]
s3，将煅烧后的粉末分散于低温介质中冷却，得到金红石为主要成分的粉末。
[0058]
具体的冷却方式为采用如图1所示的水雾化冷却装置，该冷却装置包括罐体1，所述罐体1顶部设有物料进口，所述物料进口四周设有若干进水喷头21，所述喷头21沿所述物料进口的轴线环向设置，能够向所述物料进口轴线方向喷水。
[0059]
该冷却装置中，物料进口处设有保温漏包5，用于对煅烧后的粉末进行保温。所述保温漏包5的下方，设有环状的喷水管2，所述的若干喷头21均匀的分布在所述喷水管2上。所述环状的喷水管2的圆心位于所述保温漏包5的中轴线上。
[0060]
进一步的，所述罐体1的底部为漏斗形，所述罐体1底部设有物料出口11。所述罐体1的上部设有若干的排气管3，水蒸气能够从排气管3排出，所述罐体1的中部设有若干的排水管4，冷却水能够从所述排水管4排出。
[0061]
具体的，采用水作为冷却介质，开启冷却水，冷却水从冷却水管的喷头中喷出，水流量为250kg/min；水流速度200m/s，水压12mpa；将s2煅烧的粉末以粉体流量70kg/min的速度从保温漏包中加入。
[0062]
对s3获得的粉末进行物相分析，如图2所示，其中钛组分包括金红石和铁板钛矿，在钛组分中，金红石(tio
2
)：88.88％；铁板钛矿(fe
2
tio
5
)：11.11％。
[0063]
粉末中各元素的含量为：
[0064]
tio
2
:75.65％，sio
2
:7.58％，fe
2
o
3
:2.48％，al
2
o
3
:3.59％，mgo：4.38％，cao：2.83％，v
2
o
5
:0.48％。
[0065]
将s3获得的粉末进行酸洗、碱洗和造粒。
[0066]
酸洗，采用质量百分数为10％的硝酸或盐酸对待处理粉末进行酸洗；酸洗液固比为3:1；酸洗温度95℃；酸洗压强0.085mpa；酸洗时间2小时；过滤，洗涤，得到滤液和滤渣，其中滤液进行酸回收循环使用，经济环保；
[0067]
碱洗，采用质量百分数为4％的氢氧化钠溶液对酸洗滤渣进行碱洗；碱洗液固比为3:1；碱洗温度90℃；碱洗时间2小时；过滤、洗涤，得到碱洗滤液和碱洗滤渣；
[0068]
造粒，将碱洗滤渣加热烘干，烘干温度150℃，烘干时间1小时，得到金红石颗粒料。
[0069]
得到的金红石颗粒料二氧化钛的含量为92.35％，其它杂质满足氯化法钛白粉生产的要求。
[0070]
实施例2
[0071]
本实施例与实施例1的差别在于，工艺参数略微不同。
[0072]
s1，将酸溶性钛渣粉末进行磁选；磁场强度为80ka/m；
[0073]
s2，将磁选后的酸溶性钛渣粉末进行煅烧，煅烧温度910℃，煅烧时间1.2小时；
[0074]
s3，将煅烧后的粉末分散于低温介质中冷却，得到金红石为主要成分的粉末。
[0075]
水流量为380kg/min；水流速度80m/s，水压5.5mpa；将s2煅烧的粉末以粉体流量65kg/min的速度从保温漏包中加入。
[0076]
对s3获得的粉末进行物相分析，其中黑钛石物相消失，含钛组分金红石(tio
2
)：88.88％；铁板钛矿(fe
2
tio
5
)：11.11％。
[0077]
粉末中，tio
2
的含量为：77.05％
[0078]
将s3获得的粉末进行酸洗、碱洗和造粒。
[0079]
酸洗，采用质量百分数为9％的硝酸或盐酸对待处理粉末进行酸洗；酸洗液固比为4:1；酸洗温度150℃；酸洗压强0.48mpa；酸洗时间2.5小时；过滤，洗涤，得到滤液和滤渣，其中滤液进行酸回收循环使用，经济环保；
[0080]
碱洗，采用质量百分数为3％的氢氧化钠溶液对酸洗滤渣进行碱洗；碱洗液固比为4:1；碱洗温度80℃；碱洗时间1.5小时；过滤、洗涤，得到碱洗滤液和碱洗滤渣；
[0081]
造粒，将碱洗滤渣加热烘干，烘干温度200℃，烘干时间1.5小时，得到金红石颗粒料。
[0082]
得到的金红石颗粒料中二氧化钛的含量为93.8％。
[0083]
实施例3
[0084]
本实施例与实施例1的差别在于，工艺参数略微不同。
[0085]
s1，将酸溶性钛渣粉末进行磁选；磁场强度为100ka/m；
[0086]
s2，将磁选后的酸溶性钛渣粉末进行煅烧，煅烧温度880℃，煅烧时间3小时；
[0087]
s3，将煅烧后的粉末分散于低温介质中冷却，得到金红石为主要成分的粉末。
[0088]
水流量为210kg/min；水流速度140m/s，水压20mpa；将s2煅烧的粉末以粉体流量55kg/min的速度从保温漏包中加入。
[0089]
对s3获得的粉末进行物相分析，其中金红石(tio
2
)：88.88％；铁板钛矿(fe
2
tio
5
)：11.11％。
[0090]
粉末中，tio
2
的含量为：74.60％.
[0091]
将s3获得的粉末进行酸洗、碱洗和造粒。
[0092]
酸洗，采用质量百分数为12％的硝酸或盐酸对待处理粉末进行酸洗；酸洗液固比为3:1；酸洗温度80℃；酸洗压强0.05mpa；酸洗时间2小时；过滤，洗涤，得到滤液和滤渣，其中滤液进行酸回收循环使用，经济环保；
[0093]
碱洗，采用质量百分数为5％的氢氧化钠溶液对酸洗滤渣进行碱洗；碱洗液固比为3:1；碱洗温度90℃；碱洗时间2小时；过滤、洗涤，得到碱洗滤液和碱洗滤渣；
[0094]
造粒，将碱洗滤渣加热烘干，烘干温度220℃，烘干时间0.5小时，得到金红石颗粒料。
[0095]
得到的金红石颗粒料中二氧化钛的含量为92.70％。
[0096]
实施例4
[0097]
本实施例与实施例1的差别在于，工艺参数略微不同。
[0098]
s1，将酸溶性钛渣粉末进行磁选；磁场强度为90ka/m；
[0099]
s2，将磁选后的酸溶性钛渣粉末进行煅烧，煅烧温度1000℃，煅烧时间0.8小时；
[0100]
s3，将煅烧后的粉末分散于低温介质中冷却，得到金红石为主要成分的粉末。
[0101]
水流量为110kg/min；水流速度150m/s，水压12mpa；将s2煅烧的粉末以粉体流量75kg/min的速度从保温漏包中加入。
[0102]
对s3获得的粉末进行物相分析，其中钛组分金红石(tio
2
)：88.88％；铁板钛矿(fe
2
tio
5
)：11.11％。
[0103]
粉末中，tio
2
的含量为：73.86％
[0104]
将s3获得的粉末进行酸洗、碱洗和造粒。
[0105]
酸洗，采用质量百分数为18％的硝酸或盐酸对待处理粉末进行酸洗；酸洗液固比为2:1；酸洗温度120℃；酸洗压强0.2mpa；酸洗时间2小时；过滤，洗涤，得到滤液和滤渣，其中滤液进行酸回收循环使用，经济环保；
[0106]
碱洗，采用质量百分数为3％的氢氧化钠溶液对酸洗滤渣进行碱洗；碱洗液固比为3:1；碱洗温度90℃；碱洗时间2小时；过滤、洗涤，得到碱洗滤液和碱洗滤渣；
[0107]
造粒，将碱洗滤渣加热烘干，烘干温度120℃，烘干时间2小时，得到金红石颗粒料。
[0108]
得到的金红石颗粒料中二氧化钛的含量为92.12％。
[0109]
试验例1
[0110]
本对比例在实施例1的基础上，通过控制不同的粉体流量。考察粉体流量与s3中获得的粉末中金红石的含量之间的关系。
[0111]
s1，将酸溶性钛渣粉末进行磁选；磁场强度为60ka/m；
[0112]
s2，将磁选后的酸溶性钛渣粉末进行煅烧，煅烧温度950℃，煅烧时间1小时；
[0113]
s3，将煅烧后的粉末分散于低温介质中冷却，得到金红石为主要成分的粉末。
[0114]
水流量250kg/min；水流速度200m/s，水压12mpa；将s2煅烧的粉末以不同的粉体流量从保温漏包中加入。对获得的粉体中的金红石含量进行测试。
[0115]
将获得的粉体按照实施例1的方式进行酸洗、碱洗、造粒。得到金红石颗粒料。检测金红石颗粒料中的二氧化钛含量。
[0116]
粉体流量和金红石含量测试结果如下表：
[0117]
表2粉体流量与各阶段粉末中金红石的含量
[0118][0119]
由上表的数据可知，当粉体流量控制在45～90kg/min，金红石的含量能够达到80％以上，且保持了其他杂质的活性，进一步提出后的金红石纯度达到90％以上，能够满足氯化法钛白粉的生产。考虑到处理效率，在水体参数如实施例1的情况下，粉体流量应控制在45kg/min以上；当粉体流量超过90kg/min后，由于冷却效果降低，s3中获得的粉末中二氧化钛的含量降低。
[0120]
对比例1
[0121]
将实施例1中经步骤s2中煅烧后的粉末料，直接投入到常温水池中，水冷却。测试步骤s3获得的粉末中金红石型二氧化钛的物相和含量。
[0122]
金红石(tio
2
)：70％；
[0123]
s3获得粉末中金红石型tio2含量(wt％)：72.3％；
[0124]
直接采用水冷，由于物料分散不均匀，冷却效果下降，物料中金红石相的比例明显下降。
[0125]
试验例2
[0126]
本对比例在实施例1的基础上，通过使用不同粒径分布的粉体。考察粉体的粒度分布与s3中获得的粉末中金红石的含量之间的关系。
[0127]
s1，将酸溶性钛渣粉末进行磁选；磁场强度为60ka/m；
[0128]
s2，将磁选后的酸溶性钛渣粉末进行煅烧，煅烧温度950℃，煅烧时间1小时；
[0129]
s3，将煅烧后的粉末分散于低温介质中冷却，得到金红石为主要成分的粉末。
[0130]
水流量250kg/min；水流速度200m/s，水压12mpa；将s2煅烧的粉末以不同的粉体流量从保温漏包中加入。对获得的粉体中的金红石含量进行测试。
[0131]
将获得的粉体按照实施例1的方式进行酸洗、碱洗、造粒。得到金红石颗粒料。检测金红石颗粒料中的二氧化钛含量。
[0132]
粉体粒度分布和金红石含量测试结果如下表：
[0133]
表3粉体粒度分布与各阶段粉末中金红石的含量
[0134][0135][0136]
由上表的数据可知，不同粒度分布的粉体在上述参数中快速冷却后，s3获得粉末中钛组分金红石tio
2
的含量均在80％以上。但是，随着粉体粒度的降低，在粉体均为-800目时，金红石物相占比降低至75％，这是因为冷却速度虽然有利于增加金红石相产生，但粉体粒度在-800目以上时，粉体因重量轻与水流接触并不充分、冷却并不快速，粉体的冷却不均匀，形成部分的锐钛矿型物相。
[0137]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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