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2049
編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：昆明理工大學(xué)
權(quán)利要求
1.處理含鈦渣料富集金紅石的方法，其特征在于，包括以下步驟： 將氯化鐵、堿金屬氯化鹽、含鈦渣料和碳質(zhì)還原劑混合，進(jìn)行氯化反應(yīng)，得到氯化預(yù)處理渣； 將所述氯化預(yù)處理渣進(jìn)行真空蒸餾，得到金紅石。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳質(zhì)還原劑包括石油焦、石墨和活性炭中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述碳質(zhì)還原劑和含鈦渣料的質(zhì)量比為(0.1～0.3):1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氯化鐵和含鈦渣料的質(zhì)量比為(1～6.5):1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述堿金屬氯化鹽和氯化鐵的總摩爾量與堿金屬氯化鹽的摩爾量的比為1:(0.1～0.5)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述堿金屬氯化鹽包括氯化鈉或氯化鉀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氯化反應(yīng)的溫度為400～800℃，保溫時(shí)間為1～3h。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述真空蒸餾的反應(yīng)區(qū)溫度為1000～1400℃，保溫時(shí)間為2～4h，壓強(qiáng)為1～10Pa。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述含鈦渣料包括鈦渣、電爐渣或高爐渣。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氯化反應(yīng)在惰性氣氛保護(hù)下進(jìn)行。
說明書
處理含鈦渣料富集金紅石的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及冶金化工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及處理含鈦渣料富集金紅石的方法。
背景技術(shù)
地球上，鈦的相對豐度在所有元素中居第九位。中國鈦資源總量排名世界第一，但主要以鈦品位較低，Ca、Mn、Mg、Fe等雜質(zhì)氧化物含量較高(近20wt％)的復(fù)合鈦礦為主。
針對低品位的鈦資源，處理方法主要分兩種，一種是直接提取低品位礦石中的金屬Ti。直接提取低品位鈦資源中的Ti，目前主要的方法是硫酸法和熔鹽氯化法。硫酸法制取鈦白存在環(huán)境污染嚴(yán)重，流程長等問題，產(chǎn)能正逐漸被壓縮。而熔鹽氯化法由于雜質(zhì)元素氯化后進(jìn)入熔鹽，惡化熔鹽物理化學(xué)性質(zhì)，需定期排鹽，且廢鹽帶走大量熱能造成能量的浪費(fèi)。另一種方法是脫除雜質(zhì)元素并富集金紅石相TiO 2，隨后品位較高的人造金紅石采用克勞爾法制備TiCl 4。目前生產(chǎn)高品質(zhì)金紅石主要有選擇性氯化法和還原-銹蝕法。選擇性氯化法制得的金紅石品位較低(約為83％)，鈣鎂含量依然較高；還原-銹蝕法同樣不適合處理高鈣鎂礦，且金紅石收率略低(為87％)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供處理含鈦渣料富集金紅石的方法，采用本發(fā)明的方法處理含鈦渣料，Ti的收率和產(chǎn)品中金紅石含量較高。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：
本發(fā)明提供了一種處理含鈦渣料富集金紅石的方法，包括以下步驟：
將氯化鐵、堿金屬氯化鹽、含鈦渣料和碳質(zhì)還原劑混合，進(jìn)行氯化反應(yīng)，得到氯化預(yù)處理渣；
將所述氯化預(yù)處理渣進(jìn)行真空蒸餾，得到金紅石。
優(yōu)選的，所述碳質(zhì)還原劑包括石油焦、石墨和活性炭中的一種或多種。
優(yōu)選的，所述碳質(zhì)還原劑和含鈦渣料的質(zhì)量比為(0.1～0.3):1。
優(yōu)選的，所述氯化鐵和含鈦渣料的質(zhì)量比為(1～6.5):1。
優(yōu)選的，所述堿金屬氯化鹽和氯化鐵的總摩爾量與堿金屬氯化鹽的摩爾量的比為1:(0.1～0.5)。
優(yōu)選的，所述堿金屬氯化鹽包括氯化鈉或氯化鉀。
優(yōu)選的，所述氯化反應(yīng)的溫度為400～800℃，保溫時(shí)間為1～3h。
優(yōu)選的，所述真空蒸餾的反應(yīng)區(qū)溫度為1000～1400℃，保溫時(shí)間為2～4h，壓強(qiáng)為1～10Pa。
優(yōu)選的，所述含鈦渣料包括鈦渣、電爐渣或高爐渣。
優(yōu)選的，所述氯化反應(yīng)在惰性氣氛保護(hù)下進(jìn)行。
本發(fā)明提供了一種處理含鈦渣料富集金紅石的方法，包括以下步驟：將氯化鐵、堿金屬氯化鹽、含鈦渣料和碳質(zhì)還原劑混合，進(jìn)行氯化反應(yīng)，得到氯化預(yù)處理渣；將所述氯化預(yù)處理渣進(jìn)行真空蒸餾，得到金紅石。
本發(fā)明將氯化鐵、堿金屬氯化鹽、含鈦渣料和碳質(zhì)還原劑混合，進(jìn)行氯化反應(yīng)，含鈦渣料中的CaO、FeO、MgO、MnO等雜質(zhì)氧化物氯化為CaCl 2、FeCl 2、MgCl 2、MnCl 2，而穩(wěn)定的Ti氧化物不會被氯化，以金紅石相存在；真空蒸餾階段，易揮發(fā)的CaCl 2、FeCl 2、MgCl 2、MnCl 2等氯化物在冷凝盤中收集，而金紅石在殘留物中得到富集。采用本發(fā)明的方法富集金紅石，Ti的收率高幾乎沒有損失，且產(chǎn)品中僅有近7wt％的Al 2O 3、SiO 2等雜質(zhì)。
此外，本發(fā)明原料的適應(yīng)性強(qiáng)，可以處理各種品位復(fù)雜的含鈦物料，如電爐渣，高爐渣等多種含鈦物質(zhì)；而且FeCl 3可通過沸騰爐揮發(fā)的FeCl 3(g)收得，氯化過程相對Cl 2(g)安全可控。
附圖說明
圖1為處理含鈦渣料富集金紅石的方法流程圖；
圖2為實(shí)施例1低品位鈦渣原料的XRD圖譜；
圖3為實(shí)施例1氯化預(yù)處理渣的XRD圖譜；
圖4為實(shí)施例1真空蒸餾段殘留物的XRD圖譜；
圖5為對比例1真空蒸餾段殘留物的XRD圖譜。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供了一種處理含鈦渣料富集金紅石的方法，包括以下步驟：
將氯化鐵、堿金屬氯化鹽、含鈦渣料和碳質(zhì)還原劑混合，進(jìn)行氯化反應(yīng)，得到氯化預(yù)處理渣；
將所述氯化預(yù)處理渣進(jìn)行真空蒸餾，得到金紅石。
在本發(fā)明中，未經(jīng)特殊說明，所用原料均為本領(lǐng)域熟知的市售商品。
本發(fā)明將氯化鐵、堿金屬氯化鹽、含鈦渣料和碳質(zhì)還原劑混合，進(jìn)行氯化反應(yīng)，得到氯化預(yù)處理渣。
在本發(fā)明中，所述氯化鐵優(yōu)選為無水氯化鐵；所述堿金屬氯化鹽優(yōu)選為氯化鈉或氯化鉀，更優(yōu)選為氯化鈉；所述堿金屬氯化鹽優(yōu)選為無水堿金屬氯化鹽。本發(fā)明采用的氯化鐵和堿金屬氯化鹽均為無水狀態(tài)，目的是為了防止在氯化反應(yīng)過程中生成HCl(g)，影響氯化效果。
在本發(fā)明中，所述含鈦渣料優(yōu)選包括鈦渣、電爐渣或高爐渣，更優(yōu)選為鈦渣，進(jìn)一步優(yōu)選為低品位鈦渣。在本發(fā)明中，所述低品位鈦渣中TiO 2的含量優(yōu)選為70～80wt％。在本發(fā)明中，所述碳質(zhì)還原劑優(yōu)選包括石油焦、石墨和活性炭中的一種或多種。
在本發(fā)明中，所述氯化鐵、堿金屬氯化鹽、含鈦渣料和碳質(zhì)還原劑的粒徑優(yōu)選均小于0.1mm。
在本發(fā)明中，所述氯化鐵作為氯化劑；所述堿金屬氯化鹽能夠與氯化鐵形成熔鹽，防止氯化鐵揮發(fā)；所述碳質(zhì)還原劑的作用是通過以下反應(yīng)FeO+2FeCl 3+C＝3FeCl 2+CO(g)與FeCl 3協(xié)同氯化Fe的氧化物。對比例1中無碳質(zhì)還原劑時(shí)，最后產(chǎn)物中Fe仍以氧化物存在證明了碳質(zhì)還原劑的作用。
在本發(fā)明中，所述氯化鐵和含鈦渣料的質(zhì)量比優(yōu)選為(1～6.5):1，更優(yōu)選為(1.5～5)：1，進(jìn)一步優(yōu)選為(2～4)：1；所述堿金屬氯化鹽和氯化鐵的總摩爾量與堿金屬氯化鹽的摩爾量的比優(yōu)選為1:(0.1～0.5)，更優(yōu)選為1:(0.2～0.3)；所述碳質(zhì)還原劑和含鈦渣料的質(zhì)量比優(yōu)選為(0.1～0.3):1，更優(yōu)選為(0.15～0.25)：1。
在本發(fā)明中，所述氯化鐵、堿金屬氯化鹽、含鈦渣料和碳質(zhì)還原劑混合優(yōu)選在手套箱中進(jìn)行。
在本發(fā)明中，所述氯化反應(yīng)的溫度優(yōu)選為400～800℃，更優(yōu)選為500～700℃，進(jìn)一步優(yōu)選為550～650℃；保溫時(shí)間優(yōu)選為1～3h，更優(yōu)選為1.5～2.5h。在本發(fā)明中，所述氯化反應(yīng)優(yōu)選在惰性氣氛保護(hù)下進(jìn)行，更優(yōu)選在純氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行。本發(fā)明對惰性氣體的流速?zèng)]有特殊要求，在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述惰性氣體的流速為5L/min。
本發(fā)明在所述氯化反應(yīng)過程中，含鈦渣料中的CaO、FeO、MgO、MnO等雜質(zhì)氧化物被氯化為CaCl 2、FeCl 2、MgCl 2、MnCl 2，而穩(wěn)定的Ti氧化物不會被氯化，以金紅石相存在。雜質(zhì)氯化物和金紅石共同構(gòu)成了氯化預(yù)處理渣。
得到氯化預(yù)處理渣后，本發(fā)明將所述氯化預(yù)處理渣進(jìn)行真空蒸餾，得到金紅石。在本發(fā)明中，所述真空蒸餾的反應(yīng)區(qū)溫度優(yōu)選為1000～1400℃，更優(yōu)選為1100～1300℃，進(jìn)一步優(yōu)選為1150～1250℃；保溫時(shí)間優(yōu)選為2～4h，更優(yōu)選為2.5～3.5h；壓強(qiáng)優(yōu)選為1～10Pa，更優(yōu)選為2～8Pa，進(jìn)一步優(yōu)選為3～7Pa。本發(fā)明在所述真空蒸餾過程中，易揮發(fā)的CaCl 2、FeCl 2、MgCl 2、MnCl 2等氯化物在冷凝盤中收集，而金紅石在殘留物中得到富集。
圖1為處理含鈦渣料富集金紅石的方法流程圖。如圖1所示，本發(fā)明將氯化鐵、堿金屬氯化鹽、含鈦渣料和碳質(zhì)還原劑混合，進(jìn)行氯化反應(yīng)，得到氯化預(yù)處理渣；氯化階段含鈦渣料中的CaO、FeO、MgO、MnO等雜質(zhì)氧化物氯化為CaCl 2、FeCl 2、MgCl 2、MnCl 2，而穩(wěn)定的Ti氧化物不會被氯化，以金紅石相存在；然后將氯化預(yù)處理渣進(jìn)行真空蒸餾，真空蒸餾階段，易揮發(fā)的CaCl 2、FeCl 2、MgCl 2、MnCl 2等氯化物在冷凝盤中收集，而金紅石在殘留物中得到富集。
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明提供的處理含鈦渣料富集金紅石的方法進(jìn)行詳細(xì)的說明，但是不能把它們理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。
以下實(shí)施例和對比例所用原料的粒度均小于0.1mm。
實(shí)施例1
(1)將無水FeCl 3、低品位鈦渣(TiO 2:74wt％)作為原料按質(zhì)量比6.04:1，NaCl添加量按照摩爾比為NaCl/(FeCl 3+NaCl)＝0.2配料，具體的，低品位鈦渣100g(XRD如圖2所示，圖2顯示低品位鈦渣的物相為Ti與雜質(zhì)元素Mg、Fe的復(fù)合氧化物)，無水氯化鐵604g，氯化鈉54.4g，石油焦20g，配取粉樣總質(zhì)量為778.4g，在手套箱內(nèi)混合均勻；
(2)在5L/min的純氬氣保護(hù)氣氛下，將(1)中獲得的物料放到反應(yīng)器中，反應(yīng)區(qū)溫度750℃，保溫3h，冷卻后收集氯化預(yù)處理渣390.7g(XRD如圖3所示，顯示原料初始物相被破壞，Ti仍以氧化物形式存在，Ti含量12.18wt％)；
(3)收集(2)階段氯化預(yù)處理渣180g，在10Pa、1400℃蒸餾3h，殘留物42g，物相檢測結(jié)果如圖4所示，顯示為金紅石型TiO 2相，雜質(zhì)相XDR未檢出，金紅石含量為92.4wt％。
實(shí)施例2
(1)將無水FeCl 3、低品位鈦渣(TiO 2:74wt％)作為原料按質(zhì)量比2:1，NaCl添加量按照摩爾比為NaCl/(FeCl 3+NaCl)＝0.2配料，具體的，低品位鈦渣100g，無水氯化鐵200g，氯化鈉18g，石油焦20g，配取粉樣總質(zhì)量為338g，在手套箱內(nèi)混合均勻；
(2)在5L/min的純氬氣保護(hù)氣氛下，將(1)中獲得的物料放到反應(yīng)器中，反應(yīng)區(qū)溫度550℃，保溫3h，冷卻后收集氯化預(yù)處理渣212.4g(Ti含量21.71wt％)。
(3)收集(2)階段氯化預(yù)處理渣180g，在2Pa、1300℃蒸餾4h，殘留物75.3g，物相檢測結(jié)果顯示為金紅石型TiO 2相，金紅石含量為89.6wt％。
對比例1
(1)將無水FeCl 3、低品位鈦渣(TiO 2:74wt％)作為原料按質(zhì)量比6.04:1，NaCl添加量按照摩爾比為NaCl/(FeCl 3+NaCl)＝0.2配料，鈦渣100g，無水氯化鐵604g，氯化鈉54.4g，石油焦0g，配取粉樣總質(zhì)量為758.4g，在手套箱內(nèi)混合均勻。
(2)在5L/min的純氬氣保護(hù)氣氛下，將(1)中獲得的物料放到反應(yīng)器中，反應(yīng)區(qū)溫度750℃，保溫3h，冷卻后收集氯化預(yù)處理渣242.5g(Ti含量19.25wt％)。
(3)收集(2)階段氯化預(yù)處理渣180g，在10Pa，1400℃蒸餾4h，殘留物80g，物相檢測結(jié)果如圖5所示，圖5顯示對比例1的殘留物相為FeTi 2O 5和金紅石型TiO 2相，金紅石含量40wt％。
由實(shí)施例1和對比例1的結(jié)果可知，缺少碳質(zhì)還原劑會降低最終金紅石的含量。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
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