[发明专利]从含钛原料中提取二氧化钛的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种从含钛原料中提取二氧化钛的方法，特别涉及从高炉渣、钛铁矿以及高钛渣中提取二氧化钛的方法。

背景技术

二氧化钛，俗称钛白或钛白粉。具有优良的物理和化学性质(熔沸点极高、稳定性强、粘附力强、颜色极白、无毒等)，二氧化钛是一种重要的化工原料及日用或工业涂料，经常被用来制造耐火玻璃、釉料、珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。2006年全球二氧化钛产量为500万吨，并以每年3～5％的速率在增加。我国是钛白粉生产和消费大国，2005年钛白粉产量达七十万吨左右，预计2008年将达到120万吨以上，将成为仅次于美国的世界第二大钛白粉生产国。二氧化钛主要有两种化学结构：锐钛矿型和金红石型，目前，主要的商用二氧化钛为金红石型。

除了传统的含钛原料外，目前世界上有一些大型的钢铁企业每天都在制造出大量的高炉渣，炼铁原料在经历了特殊的炼制程序后，就会变成相对而言富含二氧化钛(典型含量为15％～35％)的高炉渣。在这些钢铁企业中，最著名的即为中国的攀枝花钢铁公司(以下简称攀钢)。自1970年始创以来，攀钢共制造出了5000万吨高炉渣，目前仍以每年近300万吨的速度在增长。攀钢的高炉渣中含有21％～23％的二氧化钛，还含二氧化硅、氧化钙、氧化铝、氧化镁以及其他一些少量化合物。如果能将这些高炉渣中的二氧化钛提取出来，其经济价值将是巨大的。但是，由于从高炉渣中提取二氧化钛的过程相当复杂，成本高昂，所以，迄今为止，尚无经济有效的方法从高炉渣中提取二氧化钛。高炉渣得不到充分利用，目前只能用于建筑材料中。并且，如何储存这些高炉渣对钢铁企业而言都是一个难题，大量的高炉渣堆积也对环境也造成了影响。

在自然界中，含钛矿石具有几种不同的天然存在形式：天然金红石、钛铁矿。天然金红石矿含有90％～95％的二氧化钛，但这种矿石在世界范围内越来越稀少；钛铁矿含有35％～65％的二氧化钛，常见的加工方法是将钛铁矿加工成富含二氧化钛的高钛渣。世界领先的高钛渣供应商之一的QIT-Fer et Titane(QIT)制造牌号为SORELSLAG、含二氧化钛量为80％左右的高钛渣产品。这种高钛渣用于硫酸法生产二氧化钛中。在硫酸法中，经仔细粉碎和分选后的钛铁矿或钛渣与浓硫酸反应得到硫酸亚钛和硫酸铁，将硫酸亚钛分离、煅烧、干燥，最终得到二氧化钛。另外，QIT还发展了一种名为UGS^TM的新型高钛渣产品，其二氧化钛含有量为94.5％左右，这种高钛渣主要用于氯化法生产钛白粉中。在氯化法中，高钛渣同氯气反应得到四氯化钛，四氯化钛同氧气反应得到二氧化钛。在部分国家(比如中国)，往往是直接以钛铁矿为原料，采用硫酸法生产二氧化钛，这种方法不仅生产出的二氧化钛质量低下，并且，在生产过程中会产生大量含有硫酸根和其他副产物的污水，造成严重的环境污染，硫酸也无法循环利用，进一步加剧了污染程度。

表1是对目前工业上使用含二氧化钛的矿石和矿渣提取二氧化钛的方法的小结。硫酸法和氯化法是工业上常用的两种方法，硫酸法耗能较大并且对环境影响较大，特别是当其用于含二氧化钛量比较低的原料时更是如此；氯化法也有其限制，它仅对富钛矿渣或者天然金红石矿较为有效，当原料使用贫钛渣或者钛铁矿时，氯化法需要大量的氯并且伴随有大量的金属氯化物副产品。

表1