[發明專利]一種利用含鈦高爐渣生產人造金紅石的方法

有效

• 申請號: 201110359370.0
• 申請日: 2011-11-14
• 公開（公告）號: CN102337413A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 王習東;張作泰;李靜;劉麗麗
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: C22B7/04
• 分類號: C22B7/04;C01G23/047
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王朋飛;張慶敏

技術領域

本發明涉及一種綜合利用含鈦爐渣的方法，具體地說，涉及一種利用含鈦高爐渣生產人造金紅石的方法。

背景技術

眾所周知，中國鈦儲量豐富，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西南部攀枝花-西昌地區。由于釩鈦磁鐵礦為多金屬共生礦，通過選礦流程，釩鈦磁鐵礦原礦中50％左右的鈦元素進入鐵精礦。鐵精礦進一步處理用于提取其中的鐵，釩，鈦等有價元素。目前，中國主要使用高爐流程處理鐵精礦。通過高爐流程可有效提取鐵精礦中的鐵和釩，而鈦元素則進入高爐渣，形成中國特有的含鈦高爐渣，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成分復雜(其含量以重量百分數計為：TiO₂22％～25％，CaO?22％～29％，SiO₂?22％～26％，Al₂O₃?16％～19％，MgO7％～9％和Fe₂O₃?0.22％～0.44％，及其他微量元素，如S，Mn，V等)，因此，在爐渣冷卻過程中，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)，且嵌布關系復雜，晶粒細小(平均為10微米左右)，采用常規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多萬噸，且仍以每年300多萬噸的速度遞增。長期堆放、存量巨大的含鈦高爐渣不僅帶來了嚴重的環境問題，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。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，將為我國鈦工業的發展開辟新的原料來源。

從上世紀七十年代開始，國內科技工作者為了從含鈦高爐渣中提取有價元素鈦，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-殘渣制水泥工藝研究。含鈦高爐渣在1300℃～1600℃的電爐內熔融還原碳化制取碳化渣，在282℃～714℃的范圍內氯化制取四氯化鈦，氯化殘渣制水泥。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，工藝過程復雜，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，經過水解、萃取、沉淀等生產出鈦白粉，并得到硫酸鋁銨或三氧化二鋁、氧化鎂等副產物，此技術路線鈦的回收率達73.4％。但該工藝流程長，三廢量大，工藝很不經濟，產業化前景不明朗。

(3)碳化-磁選-鹽酸浸除雜工藝富集碳化鈦研究。對高爐渣進行碳(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，有一定產業化前景，但三廢量大，能耗高，產業化難度大。

(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、搪瓷級、顏料級鈦白粉，其殘渣可用于水泥生產，同時進行了制取人造金紅石的實驗室小試。由于各項指標均不夠理想，發展前景不大。

(5)熔融電解硅-鈦(鋁)合金工業性試驗研究。利用攀鋼高爐渣研制鈦硅合金，以及配一定三氧化二鋁進行熔融電解制備成硅-鈦-鋁中間合金，但成本高，實際用渣量太少。

(6)鈦元素在鈣鈦礦中的選擇性富集與長大研究。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TiO₂的理論含量只有58％，且鈣鈦礦的密度與玻璃相相近導致后續分離存在困難，難以進行實際應用。

綜上所述，雖然含鈦高爐渣的開發利用已進行了大量研究，但還存在經濟效益差、規模利用小以及二次污染嚴重等一系列的問題。

發明內容

針對現有技術的上述缺點，本發明的目的在于提供一種利用含鈦高爐渣生產人造金紅石的方法。

為了實現本發明的目的，首先使含鈦高爐渣、高鈦電爐渣和二氧化硅混合，然后在1500℃～1600℃，空氣或氧氣氣氛下保溫0.5h～1h，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數計為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產生的工業固體廢棄物，其二氧化鈦含量以重量百分數計為45％～60％，其他成分主要為二氧化硅、氧化鈣、氧化鋁、氧化鎂等。