CN110418852A

CN110418852A - 处理含钛矿渣的方法

Info

Publication number: CN110418852A
Application number: CN201780087625.8A
Authority: CN
Inventors: M·吕纳拉; E·科勒赫梅因
Original assignee: Ottotai (finland) Co
Current assignee: Metso Minerals Ltd
Priority date: 2017-03-02
Filing date: 2017-03-02
Publication date: 2019-11-05
Also published as: EA037945B1; PH12019501948A1; CA3054603A1; WO2018158492A1; NZ757065A; EA201991781A1

Abstract

公开了用于处理含钛矿渣的方法和设备。该方法包括：使含钛矿渣(2)与第一硫酸浸出溶液(4)接触用于溶解矿渣中含有的杂质从而获得第一浆料。该方法中，对该第一浆料(8)进行固液分离(10)从而获得含有从第一含钛浸出残渣(12)中溶解的杂质的第一硫酸浸出溶液。

Description

处理含钛矿渣的方法

发明领域

本发明涉及处理含钛矿渣的方法和设备。

背景技术

含钛矿渣(例如二氧化钛矿渣)通常作为副产物从冶炼含钛精矿(例如磁铁矿)的工艺中获得。除了钛之外，矿渣经常含有杂质，例如铝、镁、钙和二氧化硅。在将含钛矿渣应用于着色工艺之前，需要将矿渣中含有的杂质部分除去并由此提高钛含量。

常规地，已经提出碱处理以提高含钛矿渣的氧化钛含量。尤其是使用碱处理以从矿渣中去除二氧化硅。根据Liu等人“Kinetics on the desiliconization duringalkaline leaching of titanium slag”，Advanced Materials Research，第233-235卷，2011年，1322-1327页，在湿法冶金操作中碱处理通常使用氢氧化钠浓溶液在大于100℃的温度下进行。需要高浓度的碱以使二氧化硅从矿渣中溶解。碱处理也可以通过火法冶金烘焙工艺来进行，该工艺可能要求高达1000℃的操作温度。根据Dong等人“Upgrading of aTi-slag by roast-leach process”，Hydrometallurgy，第113-114卷，2012年，119-121页和Lasheen T.A.，“Soda ash roasting of titania slag product from Rosettailmenite”，Hydrometallurgy，第93卷，2008年，124-128页，在烘焙工艺之后进行湿法冶金浸出工艺。

使用氢氧化钠的缺点是氢氧化钠能够与铝和二氧化硅反应，由此形成难以从二氧化钛固体中除去的硅酸铝钠析出物。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种方法和用于实施该方法的设备，以缓解矿渣中存在杂质带来的不利。本发明的目的通过特征在于独立权利要求中所述的方法和装置来实现。优选的实施方案在从属权利要求中公开。

方法包括在仅杂质被浸出的条件下浸出矿渣，并且钛(例如二氧化钛形态)保留在固体形态中。此外，该方法的条件阻止二氧化硅凝胶化，因此从浸出溶液分离固体物质变得更容易。在该方法中，在相当稀的硫酸溶液中浸出含钛矿渣(通常为二氧化钛矿渣)由此使矿渣中的杂质溶解并且使钛(通常为二氧化钛)保留在固体中。含有钛的固体可迅速地与浸出至硫酸溶液的杂质分离。该方法可在大气条件(即大气压力)和低于溶液的沸点下进行。

该方法和装置的优点在于通过用稀硫酸溶液浸出，仅含钛矿渣中不期望的杂质被溶解，钛(通常为二氧化钛)仍保留在固体形态。另一个优点是浸出步骤中浆料的密度使得矿渣中含有的杂质(例如铝、镁、钙和二氧化硅)能够进入浸出溶液。换句话说，浸出溶液的可溶性产物不阻止杂质的浸出。除了溶解钛化合物之外，较高的硫酸浓度还具有使从矿渣中溶解的二氧化硅凝胶化的缺点。还出乎意料地发现了通过使用该方法的正确参数，这可被阻止。另一个优点是方法在大气条件下进行，带来经济节约。

附图说明

在以下将参考附图通过优选实施方案更详细地描述本发明，其中，

图1是本发明的实例实施方案，包括用虚线表示的本发明进一步任选的实例实施方案，

图2示出实施例A中浸出之后的固体中的钛和二氧化钛的质量分数。

发明内容

实施方案涉及用于通过从矿渣中除去杂质并由此提高矿渣中的钛浓度的处理含钛矿渣的方法。通常，钛处于二氧化钛(TiO₂)的形态。

处理含钛矿渣的方法包括：

a)使含钛矿渣与第一硫酸浸出溶液接触用于溶解该矿渣中含有的杂质从而获得第一浆料，

b)对该第一浆料进行固液分离，从而获得含有从第一含钛浸出残渣中溶解的杂质的第一硫酸浸出溶液。

含钛矿渣的成分根据矿源和获得矿渣的工艺而变化。含钛矿渣中二氧化钛的含量通常在45至55重量％的范围内。主要杂质例如SiO₂和Al₂O₃的含量通常分别在5至15重量％和10至20重量％的范围内。通常在进行浸出步骤之前将矿渣研磨至合适的粒径。

通常，步骤a)中的第一硫酸浸出将矿渣(固体物)中的二氧化钛含量提高至大约70重量％，甚至73重量％。最终产物中的二氧化钛含量通过使用合适的工艺参数来选择，并且取决于后续工艺步骤的要求。

在第一步骤a)中，通常在混合下使含钛矿渣与硫酸接触。溶液中硫酸的浓度通常在2至20重量％、更通常3至15重量％的范围内，甚至更通常在5至15重量％的范围内，甚至更通常在8至12重量％的范围内。浸出在低于溶液沸点的温度下进行，通常在低于100℃的温度下进行。通常浸出溶液的温度在40℃和溶液的沸点之间。升高的温度增强杂质从矿渣中的浸出。在浸出步骤过程中压力保持为大气压。步骤a)的保持时间通常在6-30h、通常10-20h的范围内。通过使用合适的保持时间可避免从矿渣中浸出的二氧化硅的凝胶化。二氧化硅的凝胶化可避免时，固液分离更容易进行。

在浸出过程中，矿渣中含有的铝、镁、钙和二氧化硅中的大多数从矿渣溶解到硫酸浸出溶液中。然而，钛不溶解、仍保留在矿渣中。在浸出的合适的保持时间之后，进行固液分离步骤b)。通常固液分离通过本领域已知的任意的合适方法来进行，例如过滤。

如果期望将矿渣中二氧化钛的含量提高到大于70重量％，该方法可包括进一步的硫酸浸出步骤。

除了步骤a)和b)之外，该方法可还包括：

c)使含钛浸出残渣与第二硫酸浸出溶液接触用于溶解该含钛浸出残渣中含有的杂质从而获得第二浆料，

d)对第二浆料进行固液分离从而获得含有从第二含钛浸出残渣中溶解的杂质的第二硫酸浸出溶液。

第一和第二硫酸浸出溶液中硫酸的浓度可独立地选择，并且通常在2至20重量％、更通常3至15重量％的范围内，甚至更通常在5至15重量％的范围内，甚至更通常在8至12重量％的范围内。在现有的硫酸浓度中的浸出具有使金属杂质尤其是SiO₂溶解的效果。换句话说，硫酸浓度在合适的水平以使得SiO₂的溶解不受阻碍，而另一方面对于溶解Al、Mg、Ca、Fe等足够高。

根据一个实施方案，第一和第二浸出溶液中硫酸的浓度大致在相同的水平。根据另一个实施方案，第二浸出溶液中硫酸的浓度低于第一浸出溶液中硫酸的浓度。以这种方式，第二浸出中杂质的除去得到了增强，并且避免了钛从矿渣中溶解。可能残留的SiO₂在第二浸出步骤中被除去。并且残留的金属杂质也被进一步浸出。如果第二浸出溶液中硫酸的浓度太高，则由于钛从矿渣中溶解而发生钛损失。通常，第一浸出步骤a)包括浸出溶液，其中硫酸浓度高于第二浸出步骤，例如为2至20重量％、更通常3至15重量％、甚至更通常在5至15重量％的范围内，甚至更通常在8至12重量％的范围内。第一浸出步骤中的硫酸浓度还可在5至10重量％的范围内。通常，在第二浸出步骤c)中，选择第二浸出溶液的硫酸浓度以使其低于第一步骤中的硫酸浓度，例如2至10重量％、通常2至7重量％、更通常2至5重量％。通常从现有的范围内选择硫酸浓度以使得它们大致在相同的水平、或第二浸出溶液的硫酸浓度低于第一浸出溶液的硫酸浓度。根据一个实施方案，第一浸出步骤a)包括浸出溶液，其中硫酸浓度为10重量％，并且第二浸出步骤c)包括浸出溶液，其中硫酸浓度为5重量％。

通常，第一和第二硫酸浸出溶液的温度独立地选择为低于溶液的沸点，通常为低于100℃的温度。通常浸出溶液的温度保持在40℃和溶液的沸点之间。

通常，步骤a)和c)的保持时间独立地选择为在6-30h、通常10-20h的范围内。

另外，通常，步骤b)和d)中的固液分离独立地选自本领域已知的任意的合适的方法，例如过滤。

在第二硫酸浸出步骤之后，矿渣固体中的二氧化钛含量提高至大约73-76重量％。

一个实施方案公开了一种处理含钛矿渣的设备，其中该设备包含：

a)第一浸出单元，其中使含钛矿渣与第一硫酸浸出溶液接触用于溶解矿渣中含有的杂质从而获得第一浆料，

b)第一固液分离单元，其中对第一浆料进行固液分离从而获得含有从第一含钛浸出残渣中溶解的杂质的第一硫酸浸出溶液。

该设备还可进一步包含：

c)第二浸出单元，其中使含钛浸出残渣与第二硫酸浸出溶液接触用于溶解该含钛浸出残渣中含有的杂质从而获得第二浆料，

d)第二固液分离单元，其中对第二浆料进行固液分离从而获得含有从第二含钛浸出残渣中溶解的杂质的第二硫酸浸出溶液。

通常，在该设备中，第一和第二硫酸浸出溶液中硫酸的浓度独立地选择，并且通常在2至20重量％、更通常3至15重量％的范围内，甚至更通常在5至15重量％的范围内，甚至更通常在8至12重量％的范围内。通常，第一浸出单元a)包含浸出溶液，其中硫酸浓度高于第二浸出单元，例如5至15重量％、通常5至10重量％。通常，在第二浸出单元中，第二浸出溶液的硫酸浓度低于第一单元中，例如2至10重量％、通常2至7重量％、更通常2至5重量％。根据一个实施方案，第一和第二浸出单元中硫酸的浓度大致在相同的水平。根据另一个实施方案，第二浸出溶液中的硫酸浓度低于第一浸出溶液中的硫酸浓度。以这种方式，第二浸出中杂质的除去得到提高，并且避免了钛从矿渣中溶解。如果第二浸出溶液中硫酸浓度太高，则由于钛从矿渣中溶解而发生钛损失。通常从现有的范围中选择硫酸浓度以使得它们大致在相同的水平、或第二浸出溶液的硫酸浓度低于第一浸出溶液的硫酸浓度。根据一个实施方案，第一浸出步骤a)包括浸出溶液，其中硫酸浓度为10重量％，并且第二浸出步骤c)包括浸出溶液，其中硫酸浓度为5重量％。

通常，第一和第二硫酸浸出溶液的温度独立地选择为低于溶液的沸点，通常为低于100℃的温度。通常，浸出溶液的温度保持在40℃和溶液的沸点之间。

附图标记说明

2 含钛矿渣

4 第一硫酸溶液

6 第一浸出步骤

8 第一浆料

10 第一固液分离步骤

12 具有提高的钛含量的浸出残渣

14 第二浸出步骤

16 第二硫酸溶液

18 第二浆料

20 第二固液分离步骤

22 具有提高的钛含量的最终产物

图1说明示例性实施方案。在图1中，在第一硫酸溶液的存在下对含钛矿渣2进行第一浸出步骤6。在进行第一浸出步骤6之前可将含钛矿渣研磨至合适的粒径。温度保持为低于第一浸出步骤中浸出溶液的沸点、压力保持为大气压。第一浸出步骤6的保持时间在6至30h之间。硫酸浓度保持为大约10重量％。在第一浸出步骤6中，杂质从含钛矿渣中浸出，由此形成含有在第一浸出溶液中以浸出形态存在的杂质和固体形态的矿渣8的第一浆料。对第一浆料8进行第一固液分离步骤10，通常为过滤。从第一固液分离步骤获得具有提高的钛含量的浸出残渣12。可任选地对浸出残渣12进行第二浸出步骤14。第二浸出步骤在第二硫酸溶液16的存在下进行。温度保持为低于第二浸出步骤中浸出溶液的沸点、压力保持为大气压。第二浸出步骤14的保持时间在6至30h之间。硫酸浓度保持为大约5重量％。在第二浸出步骤14中，杂质从含钛矿渣中浸出，由此形成含有在第一浸出溶液中以浸出形态存在的杂质和固体形态的矿渣的第二浆料18。对第二浆料18进行第二固液分离步骤20，通常为过滤。从第二固液分离步骤20获得具有提高的钛含量的最终产物22。

实施例

混合二氧化钛矿渣和具有不同浓度的硫酸用于浸出杂质。浸出温度为90-95℃。获得具有以下金属浓度的最终产物。

表1.用硫酸浸出二氧化钛矿渣而得到的最终产物的组成。浸出如下进行：一个浸出步骤(浸出时间为10h和12h)、温度90℃。

表2.用硫酸浸出二氧化钛矿渣而得到的最终产物的组成。浸出如下进行：一个浸出步骤(浸出时间为24h)、温度90℃。

表3.用硫酸浸出二氧化钛矿渣而得到的最终产物的组成。浸出如下进行：两个浸出步骤(每个浸出步骤的浸出时间为12h)、温度90℃。

实施例A：如下在图2中示出浸出之后的固体中的钛和二氧化钛的质量分数：

a)二氧化钛矿渣，进料材料

b)步骤1(5％酸)和步骤2(5％酸)，

c)步骤1(5％酸)和步骤2(10％酸)，

d)步骤1(10％酸)和步骤2(10％酸)，

e)步骤1(5％酸，24h浸出时间)，

f)步骤1(5％酸)。

对于本领域技术人员而言显而易见的是，随着技术的进步，本发明的构思可以以各种方式实施。本发明及其实施方案不限于上述实施例，可以在权利要求书的范围内变化。

Claims

1.处理含钛矿渣的方法，其中，该方法包括：

b)对第一浆料进行固液分离，从而获得含有从第一含钛浸出残渣中溶解的杂质的第一硫酸浸出溶液。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括：

d)对第二浆料进行固液分离从而获得含有从第二含钛浸出残渣中溶解的杂质的第二硫酸浸出溶液浸出溶液。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，第一和第二硫酸浸出溶液中硫酸的浓度独立地选择，并且在2至20重量％的范围内，更通常3至15重量％的范围内，甚至更通常在5至15重量％的范围内，甚至更通常在8至12重量％的范围内。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，第一硫酸浸出溶液中硫酸的浓度通常在2至20重量％的范围内，更通常3至15重量％的范围内，甚至更通常在5至15重量％的范围内，甚至更通常在8至12重量％的范围内，并且第二硫酸浸出溶液中硫酸的浓度低于第一硫酸浸出溶液并且选择为2至10重量％、通常2至7重量％、更通常2至5重量％。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，第一和第二硫酸浸出溶液的温度独立地选择为低于各自溶液的沸点，通常第一和第二硫酸浸出溶液的温度独立地选择为在40℃和各自溶液的沸点之间。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤a)和c)的保持时间独立地选择为在6-30h、通常10-20h的范围内。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤b)和d)中的固液分离独立地选自本领域已知的任意的合适的方法，例如过滤。

8.处理含钛矿渣的设备，其中，该设备包含：

b)第一固液分离单元，其中对该第一浆料进行固液分离从而获得含有从第一含钛浸出残渣中溶解的杂质的第一硫酸浸出溶液。

9.根据权利要求8所述的设备，其中，该设备还包含：

c)第二浸出单元，其中在大气压力下和低于100℃的温度下使该含钛浸出残渣与第二硫酸浸出溶液接触用于溶解该含钛浸出残渣中含有的杂质从而获得第二浆料，

d)第二固液分离单元，其中对该第二浆料进行固液分离从而获得含有从第二含钛浸出残渣中溶解的杂质的第二硫酸浸出溶液。

10.根据权利要求8或9所述的设备，其中，第一和第二硫酸浸出溶液中硫酸的浓度独立地选择，并且该第一和第二硫酸浸出溶液中硫酸的浓度在3至15重量％的范围内、通常在5至10重量％的范围内。

11.根据前述权利要求8至10中任一项所述的设备，其中，第一硫酸浸出溶液中硫酸的浓度通常在2至20重量％、更通常3至15重量％的范围内，甚至更通常在5至15重量％的范围内，甚至更通常在8至12重量％的范围内，并且该第二硫酸浸出溶液中硫酸的浓度为2至10重量％、通常2至7重量％、更通常2至5重量％。

12.根据前述权利要求8至11中任一项所述的设备，其中，第一和第二硫酸浸出溶液的温度独立地选择为低于各自溶液的沸点，通常第一和第二硫酸浸出溶液的温度独立地选择为在40℃和各自溶液的沸点之间。

13.根据前述权利要求8至12中任一项所述的设备，其中，单元a)和c)中的保持时间独立地选择为在6-30h、通常10-20h的范围内。

14.根据前述权利要求8至13中任一项所述的设备，其中，单元b)和d)中的固液分离独立地选自本领域已知的任意的合适的固液分离单元，例如过滤。