專利名稱：一種利用含鈦高爐渣生產(chǎn)人造金紅石的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種綜合利用含鈦爐渣的方法，具體地說(shuō)，涉及一種利用含鈦高爐渣生產(chǎn)人造金紅石的方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，中國(guó)鈦儲(chǔ)量豐富，居世界首位，而其中90%左右的鈦元素以釩鈦磁鐵礦的形式存在于中國(guó)西南部攀枝花-西昌地區(qū)。由于釩鈦磁鐵礦為多金屬共生礦，通過(guò)選礦流程，釩鈦磁鐵礦原礦中50%左右的鈦元素進(jìn)入鐵精礦。鐵精礦進(jìn)一步處理用于提取其中的鐵，釩，鈦等有價(jià)元素。目前，中國(guó)主要使用高爐流程處理鐵精礦。通過(guò)高爐流程可有效提取鐵精礦中的鐵和釩，而鈦元素則進(jìn)入高爐渣，形成中國(guó)特有的含鈦高爐渣，其二氧化鈦含量約為總重量的22% 25%。此外，直接還原煉鐵也使用鐵精礦為原料，主要產(chǎn)物是直接還原鐵和高鈦電爐渣，其二氧化鈦含量約為總重量的50%。由于含鈦高爐渣化學(xué)成分復(fù)雜(其含量以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為TiA22% 25%，CaO 22% 29%，Si& 22% 26%，A1203 16% 19%，Mg07% 9%和!^203 0.22% 0.44%， 及其他微量元素，如S，Mn，V等)，因此，在爐渣冷卻過(guò)程中，渣中的鈦分散于多種含鈦礦物相中(鈣鈦礦、富鈦透輝石、攀鈦透輝石、尖晶石和碳氮化鈦等)，且嵌布關(guān)系復(fù)雜，晶粒細(xì)小(平均為10微米左右)，采用常規(guī)選礦方法分離回收鈦非常困難。到目前為止，攀枝花已累積含鈦高爐渣7000多萬(wàn)噸，且仍以每年300多萬(wàn)噸的速度遞增。長(zhǎng)期堆放、存量巨大的含鈦高爐渣不僅帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，并且占用了大量寶貴的土地資源，更重要的是造成了鈦資源的巨大浪費(fèi)。如果能有效提取含鈦高爐渣中的二氧化鈦替代日益減少的金紅石鈦資源，將為我國(guó)鈦工業(yè)的發(fā)展開辟新的原料來(lái)源。從上世紀(jì)七十年代開始，國(guó)內(nèi)科技工作者為了從含鈦高爐渣中提取有價(jià)元素鈦， 先后開展了大量的研究工作。(1)高溫碳化-低溫氯化制取四氯化鈦-殘?jiān)扑喙に囇芯俊：伕郀t渣在 1300°C 1600°C的電爐內(nèi)熔融還原碳化制取碳化渣，在 714°C的范圍內(nèi)氯化制取四氯化鈦，氯化殘?jiān)扑?。該工藝流程短、分離效率高，可兼顧提鈦與渣的綜合利用。但是，工藝過(guò)程復(fù)雜，生成成本偏高。(2)硫酸法提取二氧化鈦研究。用硫酸浸取高爐渣，經(jīng)過(guò)水解、萃取、沉淀等生產(chǎn)出鈦白粉，并得到硫酸鋁銨或三氧化二鋁、氧化鎂等副產(chǎn)物，此技術(shù)路線鈦的回收率達(dá) 73.4%。但該工藝流程長(zhǎng)，三廢量大，工藝很不經(jīng)濟(jì)，產(chǎn)業(yè)化前景不明朗。(3)碳化-磁選-鹽酸浸除雜工藝富集碳化鈦研究。對(duì)高爐渣進(jìn)行碳(氮)化處理，磁選后鹽酸浸出分選除雜富集碳化鈦。該方法可兼顧提鈦與渣的綜合利用，有一定產(chǎn)業(yè)化前景，但三廢量大，能耗高，產(chǎn)業(yè)化難度大。(4)制取鈦白和中品位人造金紅石研究。以攀鋼高爐渣為原料，硫酸常壓水解制取了焊條級(jí)、搪瓷級(jí)、顏料級(jí)鈦白粉，其殘?jiān)捎糜谒嗌a(chǎn)，同時(shí)進(jìn)行了制取人造金紅石的實(shí)驗(yàn)室小試。由于各項(xiàng)指標(biāo)均不夠理想，發(fā)展前景不大。
(5)熔融電解硅-鈦(鋁)合金工業(yè)性試驗(yàn)研究。利用攀鋼高爐渣研制鈦硅合金， 以及配一定三氧化二鋁進(jìn)行熔融電解制備成硅-鈦-鋁中間合金，但成本高，實(shí)際用渣量太少。(6)鈦元素在鈣鈦礦中的選擇性富集與長(zhǎng)大研究。改變攀鋼高爐渣的成分、溫度制度及添加劑等，控制鈣鈦礦的結(jié)晶，目的在于將含鈦高爐渣中的鈦元素選擇性的富集在鈣鈦礦中。但由于鈣鈦礦中TW2的理論含量只有58%，且鈣鈦礦的密度與玻璃相相近導(dǎo)致后續(xù)分離存在困難，難以進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。綜上所述，雖然含鈦高爐渣的開發(fā)利用已進(jìn)行了大量研究，但還存在經(jīng)濟(jì)效益差、 規(guī)模利用小以及二次污染嚴(yán)重等一系列的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種利用含鈦高爐渣生產(chǎn)人造金紅石的方法。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，首先使含鈦高爐渣、高鈦電爐渣和二氧化硅混合，然后在 1500°C 1600°C，空氣或氧氣氣氛下保溫0. 5h lh，充分熔融，隨后控制冷卻條件得到金紅石晶體。其中，所述含鈦高爐渣中，二氧化鈦含量以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為20% 25%，其他成分主要為二氧化硅、氧化鈣、氧化鋁、氧化鎂等。所述高鈦電爐渣為直接還原法冶煉釩鈦磁鐵礦鐵精礦時(shí)產(chǎn)生的工業(yè)固體廢棄物， 其二氧化鈦含量以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為45% 60%，其他成分主要為二氧化硅、氧化鈣、氧化
鋁、氧化鎂等。本發(fā)明以高鈦電爐渣和二氧化硅為添加劑，將上述添加劑與含鈦高爐渣混合，改變爐渣成分，對(duì)含鈦高爐渣進(jìn)行改性。優(yōu)選地，所述高鈦電爐渣的加入量為含鈦高爐渣重量的10% 40% ；二氧化硅的加入量為含鈦高爐渣重量的25% 35%。本發(fā)明中，所述冷卻結(jié)晶過(guò)程為①先降溫至1100°C 1300°C之間，并保溫池 釙，然后水冷或隨爐冷卻至室溫；或②先降溫至1300°c，并以60°C /h 300°C /h的降溫速度降溫至1000°C 1100°C之間，然后水冷或隨爐冷卻至室溫。本發(fā)明的生產(chǎn)方法中，在冷卻結(jié)晶后，用選礦方法分離得到人造金紅石，所述選礦方法為重選法或浮選法。冷卻結(jié)晶后，得到的殘?jiān)糜谏a(chǎn)水泥。本發(fā)明綜合考慮了現(xiàn)場(chǎng)含鈦高爐渣本身高溫的特點(diǎn)，選擇金紅石為富鈦相，通過(guò)加入添加劑來(lái)改變爐渣成分，對(duì)含鈦高爐渣進(jìn)行改性，并通過(guò)溫度制度控制來(lái)控制結(jié)晶條件，即先使改性后的含鈦高爐渣在1500°C 1600°C保溫0. 5 lh，然后通過(guò)外加熱或自保溫的方法控制冷卻溫度，從而使金紅石優(yōu)先結(jié)晶析出并長(zhǎng)大，促使鈦元素富集在金紅石中； 最后通過(guò)重選或浮選等選礦方法將金紅石與殘?jiān)蛛x，分離出的人造金紅石二氧化鈦品位高，分離后的殘?jiān)捎糜谏a(chǎn)水泥。本發(fā)明工藝流程短，設(shè)備簡(jiǎn)單，易操作，可充分利用現(xiàn)場(chǎng)爐渣自身高溫特性，得到的產(chǎn)物雜質(zhì)少，無(wú)環(huán)境污染。


圖1為實(shí)施例1的從含鈦高爐渣中得到的金紅石的XRD圖譜。圖2為實(shí)施例1的從含鈦高爐渣中得到的金紅石的EPMA圖。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1將含鈦高爐渣(其主要成分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為=SiO2含量為24. %，CaO含量為26. 86%，Al2O3含量為13. 04%，MgO含量為6. 93%，TiO2含量為22. 58% 高鈦電爐渣(其主要成分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為=SiO2含量為5.39%，CaO含量為4.00%，Al2O3含量為 19. !35%，MgO含量為12. 52% ,TiO2含量為50. 98% )和二氧化硅以重量比8 1 2. 2的比例充分混合后，裝入鉬金坩堝中，在硅鉬棒高溫爐內(nèi)升溫至1500°C，空氣氣氛下恒溫1小時(shí)，然后快速降溫至1260°C保溫5小時(shí)，取出試樣水冷，最后通過(guò)浮選選礦法，將人造金紅石晶體與殘?jiān)蛛x，得到棒狀結(jié)構(gòu)的人造金紅石，剩余的殘?jiān)糜谏a(chǎn)水泥。上述制得的人造金紅石，其XRD圖譜如圖1所示，EPMA圖如圖2所示，取三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行定量分析，結(jié)果如表1所示。表權(quán)利要求
1.一種利用含鈦高爐渣生產(chǎn)人造金紅石的方法，其特征在于，首先使含鈦高爐渣、高鈦電爐渣和二氧化硅混合，然后在1500°C 1600°C，空氣或氧氣氣氛下保溫0. 5h lh，充分熔融，隨后冷卻結(jié)晶，得到金紅石晶體。
2.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)人造金紅石的方法，其特征在于，所述含鈦高爐渣中，二氧化鈦含量以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為20% 25%。
3.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)人造金紅石的方法，其特征在于，所述高鈦電爐渣為直接還原法冶煉釩鈦磁鐵礦鐵精礦時(shí)產(chǎn)生的工業(yè)固體廢棄物，其二氧化鈦含量以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為 45% 60%。
4.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)人造金紅石的方法，其特征在于，所述高鈦電爐渣的加入量為含鈦高爐渣重量的10 % 40 % ；二氧化硅的加入量為含鈦高爐渣重量的25 % 35 %。
5.如權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的生產(chǎn)人造金紅石的方法，其特征在于，所述冷卻結(jié)晶過(guò)程為先降溫至1100°C 1300°C之間，并保溫池 證，然后水冷或隨爐冷卻至室溫。
6.如權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的生產(chǎn)人造金紅石的方法，其特征在于，所述冷卻結(jié)晶過(guò)程為先降溫至1300°C，并以60°C /h 300°C /h的降溫速度降溫至1000°C 1100°C之間，然后水冷或隨爐冷卻至室溫。
7.如權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的生產(chǎn)人造金紅石的方法，其特征在于，冷卻結(jié)晶后， 用選礦方法分離得到人造金紅石。
8.如權(quán)利要求7所述的生產(chǎn)人造金紅石的方法，其特征在于，所述選礦方法為重選法或浮選法。
9.如權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的生產(chǎn)人造金紅石的方法，其特征在于，冷卻結(jié)晶后， 得到的殘?jiān)糜谏a(chǎn)水泥。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用含鈦高爐渣生產(chǎn)人造金紅石的方法，其先在空氣或氧氣氣氛下，用高鈦電爐渣和二氧化硅對(duì)含鈦高爐渣進(jìn)行改性；然后使改性后的含鈦高爐渣在1500℃～1600℃下保溫0.5～1h，冷卻結(jié)晶，得到金紅石晶體；最后用選礦方法分離得到金紅石晶體。本發(fā)明充分利用含鈦高爐渣自身高熱量的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)含鈦高爐渣進(jìn)行改性，得到一種二氧化鈦品位高的人造金紅石，分離后的殘?jiān)捎糜谏a(chǎn)礦渣水泥。本發(fā)明工藝流程短、設(shè)備簡(jiǎn)單、可充分利用含鈦高爐渣自身攜帶的熱能，產(chǎn)物雜質(zhì)少、無(wú)環(huán)境污染。
文檔編號(hào)C01G23/047GK102337413SQ201110359370
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者劉麗麗, 張作泰, 李靜, 王習(xí)東 申請(qǐng)人:北京大學(xué)