一种分段焙烧提取高钛渣中钛、铁、铝、镁组分系统

摘要

本发明提供了一种分段焙烧提取高钛渣中钛、铁、铝、镁组分系统，所述系统包括配料单元、焙烧单元、水浸单元、分步沉淀单元以及冷凝单元，配料单元用于将高钛渣和助剂混合以得到待焙烧物料；焙烧单元用于对待焙烧物料进行低温焙烧和高温焙烧；水浸单元用于对所述焙烧渣进行水浸处理，固液分离后得到滤渣和包含铝离子、镁离子的第一滤液；分步沉淀单元用于对第一滤液进行分步沉淀，完成对高钛渣中铝组分和镁组分的提取；冷凝单元用于对所述含铁、钛组分富集气体进行控温凝华处理，完成对高钛渣中铁组分和钛组分的提取。本发明的系统可以实现对高钛渣分段焙烧以提取高钛渣中的钛、铁、铝和镁组分，系统操作简单，工艺短，效率高，成本低。

说明书

技术领域

本发明属于冶金化工领域，更具体地讲，涉及一种分段焙烧提取高钛渣中钛、铁、铝、镁组分系统。

背景技术

攀枝花钢铁厂年钢产量达1000万吨，所产生的高钛高炉渣的量高达360万吨。目前，高钛高炉渣的堆积量已有6000万吨。高钛高炉渣的大量堆积不仅占用土地，而且其渗滤液进入地表水和地下水，引发水污染，渗滤液具有一定的毒性，扩散到周边土壤导致农田庄家损毁，形成“赤地”。风吹动细小渣粒造成扬尘，对当地以及下风口地区空气造成污染。并且，堆积在金沙江两岸的高钛高炉渣在雨水的冲刷下容易造成滑坡，是一种不可控制的安全隐患，高钛高炉渣的大量堆积已成为对当地环境以及地质上影响巨大的污染源。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种设备简单，工艺流程可靠的分段焙烧提取高钛渣中钛、铁、铝、镁组分系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种分段焙烧提取高钛渣中钛、铁、铝、镁组分系统，所述系统可以包括配料单元、焙烧单元、水浸单元、分步沉淀单元以及冷凝单元，其中，所述配料单元用于将高钛渣和助剂混合以得到待焙烧物料，所述助剂为氯化盐和硫酸盐的混合物；所述焙烧单元用于对待焙烧物料进行低温焙烧和高温焙烧，所述低温焙烧包括在100℃～400℃温度下对待焙烧物料进行焙烧，得到含铁、钛组分富集气体以及含铝、镁组分的第一物料，所述高温焙烧包括在400℃～800℃温度下对所述含铝、镁组分的第一物料进行焙烧，得到焙烧渣；所述水浸单元用于对所述焙烧渣进行水浸处理，固液分离后得到滤渣和包含铝离子、镁离子的第一滤液；所述分步沉淀单元用于对所述包含铝离子、镁离子的第一滤液进行分步沉淀，完成对高钛渣中铝组分和镁组分的提取；所述冷凝单元用于对所述含铁、钛组分富集气体进行控温凝华处理，完成对高钛渣中铁组分和钛组分的提取。

在本发明的分段焙烧提取高钛渣中钛、铁、铝、镁组分系统的一个示例性实施例中，所述焙烧单元可以包括外接有第一气体收集装置的焙烧窑，所述第一气体收集装置用于收集含铁、钛组分富集气体，以及升华和/或分解的助剂气体。

在本发明的分段焙烧提取高钛渣中钛、铁、铝、镁组分系统的一个示例性实施例中，所述冷凝单元可以包括冷凝器，所述冷凝器的一端与所述第一气体收集装置连接，另一端连接有第二气体收集装置，所述升华和/或分解的助剂气体和含铁、钛组分富集气体中的含铁组分气体能够在冷凝器管壁中的不同位置重结晶，以实现铁组分的提取以及升华和/或分解的助剂气体的回收，所述第二气体收集装置能够收集未能在冷凝器管壁中重结晶的含铁、钛组分富集气体中的含钛组分气体。

在本发明的分段焙烧提取高钛渣中钛、铁、铝、镁组分系统的一个示例性实施例中，所述冷凝器可以为喷淋式冷凝器、充填式冷凝器、淋水板冷凝器、筛板冷凝器中的一种或多种组合。

在本发明的分段焙烧提取高钛渣中钛、铁、铝、镁组分系统的一个示例性实施例中，所述系统还可以包括回收单元，所述回收单元用于对所述水浸单元得到的滤渣回收再利用以制备硅酸盐水泥。

在本发明的分段焙烧提取高钛渣中钛、铁、铝、镁组分系统的一个示例性实施例中，所述高钛渣可以为水淬型高钛高炉渣，所述水淬型高钛高炉渣的组分包括，按质量百分比计，Fe₂O₃含量为2％～8％，TiO₂含量为10％～25％，Al₂O₃含量为8％～15％，MgO含量为5％～12％。

在本发明的分段焙烧提取高钛渣中钛、铁、铝、镁组分系统的一个示例性实施例中，所述高钛渣可以为钒钛磁铁矿高炉冶炼所得含钛高炉渣经高温碳化-低温氯化所得的尾渣。

在本发明的分段焙烧提取高钛渣中钛、铁、铝、镁组分系统的一个示例性实施例中，所述高钛渣和助剂的质量比可以为0.1～10:1。

在本发明的分段焙烧提取高钛渣中钛、铁、铝、镁组分系统的一个示例性实施例中，所述分步沉淀可以包括：向所述第一滤液中加入第一沉淀剂，在25℃～70℃下调节pH至4.0～6.0，搅拌后过滤，得到氢氧化铝粉体和富镁组分的第二滤液，其中，第一沉淀剂为氢氧化铝和氨水中的一种或两种组合；向所述富镁组分的第二滤液中加入第二沉淀剂，在25℃～70℃下调节pH至9.0～12.0，搅拌后过滤，得到氢氧化镁粉体，其中，所述第二沉淀剂为氢氧化镁和氨水中的一种或两种组合。

在本发明的分段焙烧提取高钛渣中钛、铁、铝、镁组分系统的一个示例性实施例中，所述水浸处理可以包括利用水浸液在搅拌过程中对所述焙烧渣进行水浸处理，所述水浸液与所述焙烧渣的体积质量比为0.5～100:1，所述水浸处理的温度为20℃～100℃。

与现有技术相比，本发明有益效果包括：

(1)本发明的系统可以实现对高钛渣分段焙烧以提取高钛渣中的钛、铁、铝和镁组分，系统操作简单，工艺短，效率高，成本低；

(2)本发明的系统对高钛渣进行组分提取环境友好，相对于传统酸解法提取有价组分，避免了因使用大量硫酸造成的资源浪费与硫酸酸雾形成对环境造成的不良影响；

(3)本发明的系统对高钛渣中的TiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO的提取率可达到50％～98％，制备得到的产品均满足或高于国家(行业)标准；

(4)本发明系统对高钛渣进行组分提取后剩余的尾渣满足硅酸盐水泥的要求，可直接用于建材生产中，没有对环境污染性大的残渣产生，绿色环保。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本发明一个示例性实施例的分段焙烧提取高钛渣中钛、铁、铝、镁组分系统示意简图。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述根据本发明的一种分段焙烧提取高钛渣中钛、铁、铝、镁组分系统。

图1示出了本发明一个示例性实施例的分段焙烧提取高钛渣中钛、铁、铝、镁组分系统示意简图。

本发明提供了一种分段焙烧提取高钛渣中钛、铁、铝、镁组分系统，在本发明的分段焙烧提取高钛渣中钛、铁、铝、镁组分系统的一个示例性实施例中，如图1所示，所示系统可以包括配料单元、焙烧单元、水浸单元、分步沉淀单元以及冷凝单元，其中，

所述配料单元用于将高钛渣和助剂进行混合配料以获得待焙烧物料。所述焙烧单元用于对待焙烧物料进行分段焙烧以使高钛渣中的钛、铁、铝、镁组分以不同的状态存在，便于后期的分离提取。所述水浸单元用于对焙烧单元获得的焙烧渣进行水浸处理，得到滤渣和包含铝离子、镁离子的第一滤液。所述分步沉淀单元用于对包含铝离子、镁离子的第一滤液进行分步沉淀，完成对高钛渣中铝组分和镁组分的提取。所述冷凝单元用于对含铁、钛组分富集气体进行控温凝华处理以完成对高钛渣中铁组分和钛组分的提取。

在本实施例中，所述焙烧单元包括利用改进型的焙烧窑对待焙烧物料进行低温、高温焙烧。所述改进型的焙烧窑为外部连接有第一气体收集装置的焙烧窑。所述第一气体收集装置可以用于收集在焙烧过程中产生的气体。所述气体可以包括含铁、钛组分富集气体，以及升华和/或分解的助剂气体。所述含铁、钛组分富集气体是助剂与高钛渣中的铁组分和钛组分反应而得来。

在本实施例中，分段焙烧首先进行的是低温焙烧。在焙烧的过程中，助剂的一部分由于焙烧温度而发生分解和/或升华，呈气态而与铁、钛组分富集气体混合。助剂的另一部分与高钛渣反应获得含铁、钛组分富集气体以及含有铝、镁组分的第一物料。所述含有铝、镁组分的第一物料不含有铁、钛组分。所述含有铝、镁组分的第一物料经过高温焙烧后可以形成焙烧渣。

所述低温焙烧的升温速率可以为1℃/min～10℃/min，低温焙烧温度可以为100℃～400℃。优选的，升温速率可以为3℃/min～8℃/min，低温焙烧温度可以为180℃～340℃。低温焙烧的保温时间可以根据实际焙烧量或者现象进行确认，例如，保温时间可以是0.1h～5h，当然，本发明的保温时间不限于此。低温焙烧完成后，需要对含有铝、镁组分的第一物料进行高温焙烧处理。所述高温焙烧的升温速率可以为1℃/min～10℃/min，高温焙烧温度可以为400℃～800℃。优选的，升温速率可以为3℃/min～7.8℃/min，高温焙烧温度可以为420℃～750℃。高温焙烧的保温时间可以根据实际焙烧量或者现象进行确认，例如，保温时间可以是0.1h～5h，当然，本发明的高温焙烧保温时间不限于此。

以上，设置上述焙烧过程的好处在于，在低温焙烧的温度范围内，渣中的Fe、Ti组分与氯化盐助剂反应程度最高。在高温焙烧的温度范围内，渣中的Al、Mg组分与硫酸盐助剂反应程度最高。通过这种反应活性的差异性可实现在不同温度范围内依次对Fe、Ti、Al、Mg的提取。对于焙烧的升温速率而言，升温速率过慢，反应时间长，能耗过高，升温速率过快，反应不充分，不利于Fe、Ti、Al、Mg的提取。

在本实施例中，所述高钛渣可以为水淬型的高钛高炉渣，例如，优选的，可以为钒钛磁铁矿高炉冶炼过程中产生的固体废弃物水淬高钛高炉渣。其中，所述水淬型高钛高炉渣的成分可以包括，按质量百分数计，Fe₂O₃含量为2％～8％，TiO₂含量为10％～25％，Al₂O₃含量为8％～15％，MgO含量为5％～12％。优选的，按质量百分数计，所述水淬型高钛高炉渣的成分可以包括，Fe₂O₃含量为2％～8％，TiO₂含量为10％～25％，Al₂O₃含量为8％～15％，MgO含量为5％～12％。采用水淬型高钛高炉渣为原料时，由于该原料的湿度较高，在于助剂混合前需要对所述水淬型高钛高炉渣进行干燥、破碎。破碎的目的是为了与助剂混合更加均匀。例如，干燥的温度可以为60℃～90℃，优选的，干燥的温度可以为67℃～84℃。干燥的时间可以根据现场的干燥实际效果进行确认，例如，干燥时间可以是6h～12h。当然，本发明的干燥时间不限于此。对于本发明的方法适用于含有钛、铁、铝、镁组分的任意高钛渣。

在本实施例中，所述高钛渣可以为钒钛磁铁矿高炉冶炼所得含钛高炉渣经高温碳化-低温氯化所得的尾渣。以该尾渣为原料，如果为刚出炉的尾渣，由于低温氯化后出来的尾渣本身温度较高，不需要对尾渣进行干燥。如果为放置一段时间后的尾渣，由于含钛的尾渣极易吸水，就需要对放置后的尾渣进行干燥处理，同样的，所述干燥的温度可以为60℃～90℃，优选的，干燥的温度可以为67℃～84℃。

在本实施例中，所述助剂可以为氯化盐和硫酸盐组成的混合助剂。所述氯化盐可以是氯化铵(NH₄Cl)、氯化钠(NaCl)、氯化钙(CaCl₂)和氯化铝(AlCl₃)中的一种或两种以上组合。所述硫酸盐可以是硫酸铵((NH₄)₂SO₄)、硫酸氢铵(NH₄HSO₄)和硫酸(H₂SO₄)中的一种或两种组合，其中，H₂SO₄的质量分数可以为20％～98％。对于氯化盐和硫酸盐组成的混合助剂而言，氯化盐主要作用于低温焙烧阶段，生成铁的氯化物和钛的氯化物。硫酸盐主要作用于高温焙烧阶段，生成铝的硫酸盐和镁的硫酸盐。对于混合助剂中的氯化盐和硫酸盐之间的质量配比并没有严格的要求，能够保证原料中的钛、铁、铝、镁组分有足够的氯化盐和硫酸盐反应即可。在本发明中，对于氯化盐和硫酸盐可以选择上述列举以外的盐类。例如，氯化盐可以为氯化钾等，硫酸盐可以为硫酸钾等。但由于加入不同的助剂会影响本发明过程中产生的滤渣的组成成分，对于用滤渣来制备硅酸盐水泥是不利的，含有其他的元素会破坏硅酸盐水泥的性能。因此，优选的，本发明的所述氯化盐可以是氯化铵(NH₄Cl)、氯化钠(NaCl)、氯化钙(CaCl₂)和氯化铝(AlCl₃)中的一种或两种以上组合。所述硫酸盐可以是硫酸铵((NH₄)₂SO₄)、硫酸氢铵(NH₄HSO₄)和硫酸(H₂SO₄)中的一种或两种组合，其中，H₂SO₄的质量分数可以为20％～98％。由于本发明助剂中的氯化盐主要作用于低温焙烧阶段，硫酸盐助剂主要作用于高温焙烧阶段。对于高钛渣中所含的钛、铁组分而言，会生成相应的四氯化钛和三氯化铁。因此，所述的铁、钛组分富集气体即可以为四氯化钛和三氯化铁的混合气体。

在本实施例中，所述高钛渣与氯化盐和硫酸盐混合助剂的质量比可以是1:0.1～10。优选的，质量比可以为1:1～8。

在本实施例中，所述待焙烧物料粒径可以为80％以上的颗粒满足30μm～200μm。优选的，80％以上的颗粒满足50μm～160μm。设置上述颗粒尺寸能够便于原料与助剂均匀混合，有利于焙烧反应的充分进行。

在本实施例中，由于各元素形成的氯化物的沸点不同，在低温焙烧过后，铁组分和钛组分变成气体，而铝组分和镁组分存留在第一物料中，对第一物料高温焙烧后将铝、镁组分转化为可溶性硫酸盐。因此，高钛渣中的铝组分和镁组分富集于所述焙烧渣中。而高钛渣中含有的钙、硅等组分因为高沸点而同样富集于焙烧渣中。因此，焙烧渣中含有钙、硅、镁和铝组分。

在本实施例中，焙烧渣的水浸过程在持续的搅拌中进行。优选的，水浸液可以为工业用水、自来水或蒸馏水中的一种或多种混合。当然，本发明所使用的水浸液不限于此。所述水浸液与焙烧渣的体积质量比(配比单位可以为mL/g)可以为0.5～100:1。优选的，体积质量比可以为6～80:1。水浸的温度可以为20℃～100℃，优选的，可以为25℃～100℃。水浸的时间可以根据焙烧渣的实际量进行确定，例如，水浸的时间可以是0.1h～5.0h。设置上述体积质量比以及水浸温度的好处在于既能保证焙烧渣水浸完全，也可以确保资源的合理利用，不至于浪费。

在本实施例中，所述分布沉淀可以包括两个阶段。第一阶段可以包括向所述第一滤液中加入第一沉淀剂，在25℃～70℃下调节pH至4.0～6.0，搅拌后过滤，得到氢氧化铝粉体(Al(OH)₃)和富镁组分的第二滤液，完成对铝组分的提取。优选的，可以在28℃～62℃下调节pH至4.3～5.4条件下进行沉淀。所述第一沉淀剂可以为氢氧化铝和氨水中的一种或两种组合。混合搅拌的时间可以是1min～120min，当然，搅拌时间可以根据经验值或现场进行确定。第一阶段沉淀中的过滤可以采用自然沉降、抽滤或者压滤中的一种或两种以上组合。

第二阶段可以向所述富镁组分的第二滤液中加入第二沉淀剂，在25℃～70℃下调节pH至9.0～12.0，搅拌后过滤，得到氢氧化镁粉体(Mg(OH)₂)以及第三滤液，完成对镁组分的提取。优选的，可以在28℃～63℃下调节pH至9.4～11.3条件下进行。所述第二沉淀剂可以为氢氧化镁和氨水中的一种或两种组合。混合搅拌的时间可以是1min～120min，当然，搅拌时间可以根据经验值或现场进行确定。第二阶段沉淀中的过滤可以采用自然沉降、抽滤或者压滤中的一种或两种以上组合。

在本实施例中，由于有硫酸盐助剂的存在，所述第三滤液中含有硫酸盐助剂。对第三滤液进行重结晶后可以回收硫酸盐助剂使用于焙烧阶段，实现助剂的回收再利用。

在本实施例中，本发明的提取方法可以对高钛渣中的二氧化钛、三氧化二铁、三氧化二铝以及氧化镁的提取率达到50％～98％。

在本实施例中，所述冷凝单元包括冷凝器。所述冷凝器的一端与所述第一气体收集装置连接，另一端连接第二气体收集装置。所述升华和/或分解的助剂气体和含铁、钛组分富集气体中的含铁组分气体能够在冷凝器管壁中的不同位置重结晶，以实现铁组分的提取以及升华和/或分解的助剂气体的回收。所述第二气体收集装置能够收集未能在冷凝器管壁中重结晶的含铁、钛组分富集气体中的含钛组分气体。通过控温凝华，即控制温度的冷凝对铁组分和钛组分进行分离。凝华是物质跳过液态直接从气态变为固态的现象，冷凝是使热物体的温度降低而发生相变化的过程，在本发明中冷凝是实现凝华的操作方式。冷凝过程中，可以使用冷凝器对铁、钛组分富集气体进行冷凝。由于铁、钛组分富集气体夹杂有助剂的升华和/或分解气体，在冷凝过程中升华和/或分解的助剂气体与铁组分(氯化铁)气体在冷凝器管壁的不同位置处进行重新结晶，可以刮出重新结晶的铁组分，得到含铁的固定(氯化铁固体)，完成对铁组分的提取。重结晶的助剂回收后可以继续循环用于焙烧阶段。重结晶后得到硫酸盐和氯化盐，然后重新应用于本发明的焙烧阶段。由于钛组分气体与铁组分气体的凝固点不同，钛组分的气体并不会在冷凝器中凝固。需要在冷凝器后收集钛组分气体，采用液体吸收剂收集钛组分气体(四氯化钛气体)以获得水合氧化钛溶液(TiO₂·nH₂O)，完成对钛组分的提取。所述液体吸收液可以是工业用水、自来水或者蒸馏水中的一种或多种混合。

在本实施例中，所述冷凝器为喷淋式冷凝器、充填式冷凝器、淋水板冷凝器、筛板冷凝器中的一种或多种组合。

在本实施例中，所述系统还包括回收单元，所述回收单元用于对所述水浸单元得到的滤渣回收再利用以制备硅酸盐水泥。由于焙烧渣中含有钙、硅、镁和铝等组分。在水浸完成中，镁和铝组分进入第一滤液，而钙和硅则进入滤渣。由于助剂中的硫酸盐的存在，并且硫酸盐主要作用于高温焙烧，因此，钙和硅组分则主要是以硫酸钙和非晶二氧化硅的形式存在。由于滤渣中富含硅钙组分，满足硅酸盐水泥的要求，可以将其直接应用于硅酸盐水泥。

综上所述，本发明的系统可以实现对高钛渣的分段焙烧以提取高钛渣中的钛、铁、铝和镁组分，系统操作简单，工艺短，效率高，工艺成本低；环境友好，相对于传统酸解法提取有价组分，避免了因使用大量硫酸造成的资源浪费与硫酸酸雾形成对环境造成的不良影响；对高钛渣中的TiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO的提取率可达到50％～98％，制备得到的产品均满足或高于国家(行业)标准；对高钛渣进行组分提取后剩余的尾渣满足硅酸盐水泥的要求，可直接用于建材生产中，没有对环境污染性大的残渣产生，绿色环保。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。