王志堅(jiān)

(湖南有色金屬研究院,湖南長沙 410015)

·冶 金·

高硅鈦鐵礦生產(chǎn)氟鈦酸鉀濕法冶金工藝研究

王志堅(jiān)

(湖南有色金屬研究院,湖南長沙 410015)

文章從高硅鈦鐵礦性質(zhì)研究入手,在查明物料性質(zhì)的基礎(chǔ)上,采用濕法冶金工藝研究氟鈦酸鉀的生產(chǎn)工藝,通過浸出、除雜、結(jié)晶、廢水處理等條件試驗(yàn),得出了最佳的濕法冶金工藝流程和工藝參數(shù),所獲得氟鈦酸鉀產(chǎn)品符合部頒標(biāo)準(zhǔn),可作建廠的設(shè)計依據(jù)。

鈦鐵礦;氟鈦酸鉀;濕法冶金;工藝研究

氟鈦酸鉀是一種無色單斜片狀結(jié)晶或白色粉末,主要用于聚丙烯合成和生產(chǎn)鋁鈦硼合金。氟鈦酸鉀的傳統(tǒng)工藝主要有氟鈦酸法、偏鈦酸法,但這些方法盡管工藝流程短,但存在成本高、產(chǎn)品市場競爭力弱等缺點(diǎn),因此國內(nèi)也有很多企業(yè)開始采用鈦鐵礦作為原料生產(chǎn)氟鈦酸鉀,但對原料中的硅等雜質(zhì)要求相當(dāng)高,試驗(yàn)針對含硅高的鈦鐵礦進(jìn)行了系統(tǒng)研究,提出了具體的工藝流程及工藝參數(shù),可作為下一步的建廠設(shè)計依據(jù)。

1 試驗(yàn)原料和輔助材料

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)原料為某地的鈦鐵礦,其多元素分析結(jié)果列于表1。

表1 鈦鐵礦化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

從表1的分析結(jié)果可知,試樣中可供回收利用的元素為鈦,可能影響產(chǎn)品質(zhì)量的雜質(zhì)元素為硅、鐵、錳。

1.2 輔助材料

1.2.1 氫氟酸

試驗(yàn)用化學(xué)純氫氟酸的主要成分列于表2。

表2 試驗(yàn)用化學(xué)純氫氟酸主要成分表 %

1.2.2 氯化鉀

試驗(yàn)用化學(xué)純氯化鉀的主要成分列于表3。

表3 試驗(yàn)用化學(xué)純氯化鉀的主要成分 %

生產(chǎn)用工業(yè)級氯化鉀含量一般為98%左右,含有少量的雜質(zhì),如果不除去,對產(chǎn)品有一定的影響,因此,在氯化鉀溶解后,需經(jīng)過過濾以除去氯化鉀溶液中的雜質(zhì),得到較純的溶液。

2 條件試驗(yàn)

2.1 除硅條件試驗(yàn)

由于鈦鐵礦里硅(Si)含量比較高,導(dǎo)致浸出液中硅含量超標(biāo),一般在7.0～11.0 g/L左右,必須將硅降到一定低的濃度,才能使結(jié)晶后的產(chǎn)品中硅含量小于0.2%。因此,需要對硅進(jìn)行除雜。試驗(yàn)通過利用氟鈦酸鉀與氟硅酸鉀的溶解度差,往浸出液中加入一定量的 KCl飽和溶液攪拌反應(yīng)60min左右,從而使硅以氟硅酸鉀沉淀的形式除去,得到硅含量很低的浸出液,滿足結(jié)晶的要求。除硅條件試驗(yàn)結(jié)果列于表4。

表4 除硅條件試驗(yàn)結(jié)果

從表4的試驗(yàn)結(jié)果可知,采用 KCl飽和溶液除硅,在過剩系數(shù)為1.6的條件下,除硅效果比較好,溶液中硅含量小于1.0 g/L,滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。

2.2 結(jié)晶條件試驗(yàn)

除硅后液在硅含量達(dá)標(biāo)后,利用 KCl與氟鈦酸反應(yīng)生成氟鈦酸鉀,經(jīng)靜置后過濾、洗滌、烘干,得到氟鈦酸鉀產(chǎn)品,為了提高鈦的結(jié)晶率,通過正式試驗(yàn)找出最佳反應(yīng)條件,正式試驗(yàn)結(jié)果列于表5。

從表5試驗(yàn)結(jié)果可以看出,反應(yīng)條件對結(jié)晶率的影響順序,加料時間最為明顯,其次為 KCl的加入量,最后才是反應(yīng)溫度和陳化時間,通過正交試驗(yàn),找出了結(jié)晶反應(yīng)的最佳條件,并結(jié)合成本分析,延長加料時間,來降低KCl的耗量,并最終確定了結(jié)晶反應(yīng)的各條件,反應(yīng)溫度為室溫,陳化時間4 h,KCl耗量在1.3～1.4倍,加料時間在2～2.5 h,在此條件下,結(jié)晶率可以達(dá)到95%以上。

表5 結(jié)晶條件試驗(yàn)結(jié)果

3 驗(yàn)證試驗(yàn)

將精制的氫氟酸的濃度控制在25%～30%,然后加入鈦鐵礦,攪拌反應(yīng)大約15 min后,加水稀釋溶液中 Ti含量到90～115 g/L,繼續(xù)攪拌反應(yīng)45 min,然后靜置澄清,上清液進(jìn)入下一工序。浸出過程屬于放熱反應(yīng),平均溫度在70℃左右,最高溫度可達(dá)120℃。氟鈦酸鉀試驗(yàn)工藝流程如圖1所示,最終驗(yàn)證試驗(yàn)指標(biāo)列于表6。

表6 氟鈦酸鉀產(chǎn)品主要化學(xué)成分 %

從表6驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果可知,氟鈦酸鉀的主要化學(xué)成分均達(dá)到部頒標(biāo)準(zhǔn)。

4 廢水處理

將結(jié)晶反應(yīng)后的母液與石灰乳反應(yīng),其中石灰乳自配(按水∶石灰=3～3.5∶1),將石灰乳盡量加入均勻,以免沉渣包裹,使石灰用量加大。加料時間一般在30 min左右,待石灰乳完全加入后,繼續(xù)攪拌反應(yīng)20 min,當(dāng)pH值穩(wěn)定后,即可澄清(停攪拌靜置),實(shí)驗(yàn)室在30～40 min后,完全澄清,上清液體積占總體積的1/3,下面的2/3左右為渣水混合物。經(jīng)澄清的上清液可以達(dá)標(biāo)排放,渣水混合物結(jié)果處理后,渣可以作為氟石膏對外出售給水泥廠或堆存。上清液中Fe、F的含量列于表7。

圖1 氟鈦酸鉀試驗(yàn)工藝流程圖

表7 上清液中Fe、F成分 g/L

5 結(jié) 語

1.研究考慮到高硅鈦鐵礦的性質(zhì),在原有氟鈦酸鉀生產(chǎn)工藝上做了變動,增加了除硅工藝,試驗(yàn)結(jié)果表明,除硅工藝切實(shí)可行,達(dá)到預(yù)期目的。

2.采用石灰絮凝沉降法處理工藝廢水,可保證廢水的達(dá)標(biāo)排放,并降低了廢水處理成本。

3.試驗(yàn)研究所獲得產(chǎn)品指標(biāo)重現(xiàn)好,其工藝流程和工藝參數(shù)可以作為工業(yè)設(shè)計依據(jù)。

[1] 李洪桂.稀有金屬冶金[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1990.

[2] 劉海霞,張梅,賈雪楓.氟鈦酸鉀生產(chǎn)新工藝[J].河南化工,24 (12):36-38.

[3] 葉風(fēng)虎(譯).鈦[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1960.

Study on Hydrometallurgy Technical Process of Producing the Potassium Fluotitanate with High-silicaIlmenite

WANGZhi-jian
(Hunan Research Institute of Nonferrous Metals,Changsha410015,China)

The paper studies the nature of high-silica ilmenite and on the base of this study,it uses the hydrometallurgy technical to research on the production process of potassium fluotitanante.Through the leaching,impurity, crystallization and wastewater treatment condition experiments,it has obtained the best hydrometallurgy technical process and the technological parameter,and the quality of the potassium fluotitanate product meets the ministerial standard,which may be made as the design basis.

ilmenite;potassium flotitanate;hydrometallurgy;technical study

TF111.3

A

1003-5540(2010)02-0022-03

王志堅(jiān)(1970-),男,高級工程師,主要從事冶金與新材料工藝研究工作。

2010-03-06