[发明专利]一种富集煤矸石中钛的方法

说明书

技术领域:  

本发明涉及一种富集煤矸石中钛的方法，属于煤系固体废弃物资源化利用技术领域。

背景技术：

中国是一个以煤炭为主要能源的发展中国家，在一次能源消耗中，煤炭占70%以上，所占比重高出世界平均水平的一倍以上，并且在今后相当长的一段时期内，中国的能源结构仍是以煤炭为主。 

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。其主要成分是SiO₂、Al₂O₃，另外还含有数量不等的Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O、P₂O₅、SO₃和微量稀有元素（镓、钒、钛、钴）。其排放量相当于当年煤炭产量的10％左右，目前已累计堆存45亿吨，占地约12万公顷，是目前我国排放量最大的工矿业固体废弃物之一，给矿区周边环境造成严重染污。 随着国家环保执法力度的不断加大，人们对环境质量要求的提高，解决煤矸石污染环境问题显得越来越突出，自60年代起，很多国家开始重视煤矸石的处理和利用。煤矸石中的矿物组成与煤的形成过程、周边地质结构和矿物成份有关，其中富含硅铝，是我国未来最为保贵的铝资源，灰份中钛含量在1～4%，大多数矿中含量＜2%，主要以钛铁矿及锐钛型TiO₂形式存在，没有直接开采、利用价值。一般情况下，钛在煤矸石中的含量与总铁含量有关，当煤矸石含铁高时，其中的钛含量亦高。 

人造晶红石及晶红石矿是氯化法生产高级钛白粉的主要原料，我国晶红石矿储量有限，品位一般为2%，极少超过5%，平均品位在3.5%左右。 

目前，煤矸石最为合理的资源化应用是充分回收其热量的同时，实现煤矸石中有价元素的提取，本发明正是基于这一理念，在回收煤矸石热量的同时，达到活化煤矸石的目的，通过酸浸、碱溶的工艺提取其中的铝、硅、铁，最终钛以晶红石TiO₂富存于碱渣中，其含量视原料中钛的含量和酸浸、碱溶工艺而异。经富集后，残渣中晶红石型TiO₂含量最高可达15%以上，是优良的人造晶红石矿，通过重选后可得钛精矿。 

从各种含钛矿物中富集钛的方法很多，如专利CN1114364是一种生产富钛料的方法及其设备本发明，其特征在于采用原生钛铁矿或风化程度低的钛铁砂矿，经氧化焙烧处理，用１8～20％的盐酸，获得保持原矿粒度的富钛料；CN1283706是用钛铁矿精矿制取富钛料的方法，将磨细后的钛铁矿配入一定重量百分比的粘结剂和添加剂造球，球团经冷固结球团法或预热球团法固结后，置于回转窑中于1100～1150℃温度下直接还原，还原产品经磨碎磁选分离，得到富钛料和铁粉精矿；CN1746126是用含钛高炉渣生产富钛料工艺方法，以钢铁冶炼生产中排放的含钛高炉渣为原料生产富钛料的工艺方法，基本工艺是先用电磁波对含钛高炉渣实施辐射，然后用硫酸对高炉渣中的钛进行选择性酸解，酸解反应经固液分离去除固相后，对液相再次实施电磁波辐射，辐射结束后加入水进行水解结晶反应，固液分离得到的固体经煅烧即制得成品富钛料； CN102181669A是高杂质钛铁矿精矿制取富钛料的方法，以高杂质钛铁矿精矿制取富钛料的方法，其技术路线为：原矿—磁选—铁精矿—尾矿—浮选—钛铁矿精矿—焙烧—磁选—还原熔炼—钛渣—提纯—富钛料。在现有的专利报道中，未涉及以煤矸石为原料富集钛的方法。 

发明内容：

本发明的目的是将煤矸石中以锐钛矿、钛铁矿为主的钛，通过活化、酸浸、碱溶回收灰份中的铝、硅、铁，实现钛以晶红石型TiO₂富集的目的，为高级钛白粉生产提供优质原料，能实现煤矸石有效高附加值综合利用。

本发明的技术方案：煤矸石经破碎、粉磨后按照不同的含铁量进行不同温度条件下的活化和酸浸，过滤后再进行碱溶，最终得到富钛渣。 

一种富集煤矸石中钛的方法，其基本步骤包括如下:（如附图所示） 

（1）选用煤矸石灰份中TiO₂含量大于1wt%的煤矸石为原料, 将其破碎后要求全部通过5mm的方孔筛；

（2）对破碎的煤矸石原料进行活化处理，将煤矸石原料在700～850℃下，煅烧30～60分钟，然后粉磨至过60目筛筛余量＜10%；