[发明专利]提高含钛物料等级的方法

说明书

本发明涉及从天然存在的及合成的含钛物料中去除杂质的方法，本发明尤其适于提高用于在通过工业氯化系统制备金属钛及二氧化钛颜料的含钛物料的等级(品位)。

本发明实施方案的基本特征是用碱浸出和加压硫酸浸出来提高含钛物料的等级，这含钛物料例如源于硬岩钛铁矿的含钛渣。正如下文将介绍的，也可采用其它附加步骤。

在工业氯化工艺中，将含二氧化钛原料与焦炭一同加入不同类型的氯化器(流化床、竖炉、熔盐浴)中，并在最高温度达700-1200℃下操作。最通用的一类工业用氯化器是流化床型。氯气流经含二氧化钛和碳的进料，将二氧化钛转化为四氯化钛气，然后该气体随出口气流排出并冷凝成液态四氯化钛，用于进一步的提纯和处理。

在工业氯化器中进行的氯化操作十分适于进行纯二氧化钛原料向四氯化钛转化。然而，大多数其它进料物(即原料中的杂质)引起的麻烦会使氯化工艺本身或使得冷凝、纯化及废物处理的后阶段工序大大地复杂化。附表中对所遇到的问题类型作了说明。而且，每种不进入产物的进料物基本上变成了需处理或处置的废料。某些进料物(如：特殊的金属、放射性物质)造成的废物，属于需要在有监控的仓库内进行专门处理的物类。

因此优选的氯化进料物是高等级的物料，目前原料中最为适宜的是金红石矿(含95-96％TiO₂)。因金红石矿短缺已导致了其它原料的开发，这些原料是通过提高天然存在的钛铁矿(40-60％TiO₂)，如含钛渣(约86％TiO₂)和人造金红石(含TiO₂92-95％不等)的等级而形成的。这些提高等级的方法起初以去除铁为中心，但现已扩展到去除镁、锰及碱土金属杂质，以及去除某些铝。进料元素 氯化            冷凝           纯化Fe,Mn    消耗氯、焦炭    固/液氯化物    

     增加气体体积    阻塞管路、成渣碱金属与 液体氯化物阻滞碱土金属 流化床的流态化

     消耗氯、焦炭Al       消耗氯、焦炭    引起腐蚀       引起腐蚀、成渣Si       在氯化器中累积，可加剧管路阻   可能要求从产物

     降低炉龄、消耗  塞、与部分四   中蒸馏

     焦炭、氯        氯化钛一起冷凝V                                       必须经化学处理

                                    或蒸馏去除Th,Ra   累积于氯化器砖

    体上，放射性，

    带来处置上的困难

在现有技术中利用各种技术已从含钛物料，如钛铁矿，制成了人造金红石。按照如在澳大利亚西部广泛实行的最为通用的技术，是在回转窑中用煤或炭还原含钛物料，所用的温度高于1100℃。在此工艺下，矿物中的含铁部分基本被金属化。添加剂硫也用来将杂质锰部分转化为硫化物。还原之后，该金属化产物被冷却，与伴生的炭分离，并随后进行水液充气(aqueous aeration)将所含全部金属态铁以可分离的细氧化铁形式基本去除。将该分离的含钛产物用2-5％的硫酸水溶液处理，以溶解锰和一些残留的铁。在这一方法中没有公开或者进行碱金属或碱土金属、铝、硅、钒或放射性核素的实质性的化学去除。而且，铁和锰的去除也不完全。

近来有人提出了一种工艺，其在较低的温度下进行还原并在水液充气和氧化铁分离步骤之后进行盐酸浸出。按照所述的内容，该工艺可有效地去除铁、锰、碱金属及碱土金属杂质、相当比例的铝进料物和一些钒以及钍。该工艺可作为一种革新方案在现行炉窑类装置中运行。但是，该工艺不能有效地将钒完全去除且对硅几乎没有化学作用。

在另一现有技术的发明中，已实现镁、锰、铁及铝的较高程度的去除。在这样一工艺中，钛铁矿首先通常在回转窑中被热还原，使其含的三氧化二铁基本完全还原(即没有相当大的金属化)。然后将冷却的还原产物在35psi(磅/英寸²)压力和140-150℃下以过量20％的盐酸浸出，以去除铁、镁、铝和锰。浸出液经喷雾焙烧再生氯化氢，该氯化氢再循环至浸出步骤。

在另外的工艺中，钛铁矿进行粒度细化采用热氧化，后续热还原(在流化床中或在回转窑中)。然后，对冷却的还原产物用过量的20％盐酸进行常压浸出，以去除有害杂质。在此工艺中也通过喷雾焙烧实现酸的再生。