从含钛组合物中回收二氧化钛的方法技术

本发明专利技术寻求通过将煅烧和选择性沥滤的步骤结合，对含二氧化钛的组合物（例如低等级或高放射性的ＴｉＯ↓［２］矿石）的选矿予以改进。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及从例如矿石的含二氧化钛组合物中回收二氧化钛的方法。TiO2市场的稳定增长，以及对用于直接氯化或制造合成金红石的高等级矿石需求的增长，使得现有钛铁矿和天然金红石的供应正处于压力之中。新的海沙/沉积矿质量不一，并且其中的许多种矿石不适于使用现有商业化方法进行精选和选矿(Nameny，“TiO2原料工业中的挑战与机遇”，AJM全球矿砂勘探与投资会议，墨尔本，2003)。由于地质学上的相近性，多数TiO2矿石具有高浓度的锆石和独居石。原料中的锆石和独居石杂质降低了原料的市场价值。锕系元素和镧系元素杂质会引发操作上的问题(例如高的氯消耗或粘床(sticky bed))，并产生含有高浓度锕系元素、镧系元素及其它重金属的有害废料。由于许多国家严格的环境法规，颜料工业中上述有害废料的处理和处置已成为使废料处理及管理成本升高的主要问题。TiO2矿石的常规选矿方法有a)物理方法，例如用于分离磁铁矿、独居石、锆石和其它含硅脉石的重力、磁力以及电力分离方式；和b)化学方法，即主要用于去除铁(Becher，Benilite，Austpac)的酸沥滤和形成TiO2矿渣(高温还原)。然而，这些方法需要高质量的钛铁矿矿石。如用于低等级/高放射性的TiO2矿石的选矿，不利杂质(critical impurity)的含量在最终产物中就会很高，所述不利杂质的例子包括，例如Cr2O3、V2O5、Nb2O5(降低颜料性能)，以及CaO和SiO2(产生例如粘床的操作性问题)。另外，TiO2相(假金红石、钛铁矿、锐钛矿)中的溶质杂质(Fe、Nb、U、Th、Ce)存留在原料中并最终进入颜料制造工艺(氯化或硫酸化(sulphatation))的废料流中。造渣工艺(用于颜料生产的原料的主要来源)仅分离出氧化铁，多数其它杂质进入如TiO2矿渣的原料中。造渣工艺还因其高能量消耗及温室气体排放而面临不确定性。考虑到TiO2矿石来源(沉积矿)的改变以及与废料处理有关的环境方面的考虑，需要一种更为环境所接受的方法来进行TiO2的选矿。已进行了多种研究，涉及使用苏打煅烧钛铁矿，主要是在还原气氛中与碳一起进行煅烧(提取冶金学手册，Fathi Habashi编，Vol.II，Wiley-VCH出版，柏林，1997)。然而，该技术中TiO2的收率不是很高(＜90重量％)。该方法的主要缺点是铁既未以金属形式分离出来，也未生成可沥滤的产物(提取冶金学手册)。已对氧化碱煅烧技术(oxidative alkaliroasting techniques)进行了有限的研究。然而，TiO2的收率及分离出的锕系元素和镧系元素低于氯化所需要的水平(US-A-6346223)。本专利技术寻求通过将煅烧和选择性沥滤步骤结合使用来对含二氧化钛的组合物(例如低等级或高放射性的TiO2矿石)的选矿进行改进。具体来说，本专利技术涉及用于从钛铁(titaniferrous)沉积岩中分离非镧系元素(例如Fe、Ca、Si、V和Cr)、镧系前元素(pre-lanthanide)(例如Zr和Nb)、镧系元素(例如Ce和Nd)以及锕系元素(例如U和Th)杂质的方法。从第一个方面看，本专利技术提供一种从含二氧化钛的组合物中回收二氧化钛产物的方法，包括如下步骤(a)向含二氧化钛的组合物中加入一种或多种碱盐(alkali salt)以及至少一种含氧化铝的原料以及一种含氧化钙的原料来生产进料；(b)氧化煅烧进料以生产经煅烧的物料；以及(c)从经煅烧的物料中回收二氧化钛产物。本专利技术的方法可成功地精选多种含二氧化钛的组合物，并生产直接用于颜料生产(氯化和硫酸化)的高纯度的二氧化钛产品(优选合成金红石)。通过在含氧化铝原料或含氧化钙原料存在的情况下进行煅烧，本专利技术的方法可达到对高浓度氧化铁、镧系元素以及锕系元素杂质的完全、有效和经济的分离，否则，所述杂质会进入颜料生产的原料中。添加含氧化铝的原料或含氧化钙的原料不仅有助于去除锆石和独居石矿物，还有助于去除存在于TiO2相(金红石、假金红石、板钛矿等)晶格中的镧系元素和锕系元素杂质(溶质)。在某些实施方案中，本方法还将含金属有用物质(metal values)回收为具有附加值的副产品以及碱盐，从而显著降低了废料量及原材料(即碱盐和氧化铝)的用量，所述原材料可循环使用，使得本方法在经济上可行。“含二氧化钛的组合物”是指含有二氧化钛(TiO2)的化合物形式的金属氧化物类物质的混合物。含二氧化钛的组合物可以是合成的或(优选)天然的，例如粉末、矿石或矿物或其混合物。优选的为富含钛的材料，例如矿石(例如钛铁矿、锐钛矿、钛铁矿海砂、低等级钛铁矿渣、天然金红石或钙钛矿)。优选的是钛铁混合物，其包含至少一种含铁物质，例如亚铁类或三价铁类的物质(优选氧化铁，例如FeO、Fe2O3或Fe3O4)。钛铁混合物还可包含氧化铝或二氧化硅。含二氧化钛的组合物可以是氯化或硫酸化法的残留物。优选地，所述矿物矿石选自钛铁矿、锐钛矿和钙钛矿。优选地，所述矿物矿石是钛铁矿和钙钛矿的混合物。优选地，一种或多种碱盐是指一种或多种碱金属或碱土金属盐。优选地，一种或多种碱盐是一种或多种IA族或IIA族金属的碳酸盐、氢氧化物(hydroxides)、碳酸氢盐、硫酸盐或其混合物。例如，一种或多种碱盐可选自Na2CO3、K2CO3、Na2SO4、K2SO4、NaOH、NaHSO4、KHSO4、KHCO3、NaHCO3和KOH。优选钠和/或钾的碳酸盐。碱盐的量可根据存在于组合物(例如矿石)中的TiO2、Fe2O3、Al2O3、SiO2和P2O5形成碱性化合物(alkalicompounds)所需的量算出。优选地，步骤(a)包括向含二氧化钛的组合物中加入一种或多种碱盐，同时加入含氧化铝的原料以及含氧化钙的原料。步骤(b)可在空气或其它氧源中、在500℃至1000℃的温度范围内进行，优选700℃至975℃，更优选700℃至875℃(例如约800℃)。步骤(b)可在常规的旋转窑或回转床式炉中进行。步骤(b)可进行一段适当的时间(例如120分钟)。步骤(b)通常形成碱金属钛酸盐以及复合氧化物盐。步骤(a)通常包括将一种或多种碱盐，以及至少一种含氧化铝的原料和含氧化钙的原料与含二氧化钛的组合物混合(例如均匀混合)以生产进料。含氧化铝的原料和含氧化钙的原料可受控地添加至含二氧化钛的组合物中。优选地，进料中含氧化铝的原料(例如氧化铝)占二氧化钛组合物的5至30重量％，优选占二氧化钛组合物的10至25重量％，更优选占二氧化钛组合物的15至22重量％(例如约20重量％)。进料中含氧化铝的原料的精确用量通常是根据含二氧化钛的组合物和碱盐之比、液相的构成和多种杂质(主要为氧化铁、硅酸盐和磷酸盐)的浓度而定。含氧化铝的原料可以是氧化铝、氢氧化铝、含Al2O3的粘土或其混合物。也可使用铝酸盐(例如NaAlO2)。步骤(b)中，氧化铝与含二氧化钛的组合物中的其它脉石相一起与碱盐反应并形成复合氧化物相(例如Na-Al-Si-M-O相)，所述复合氧化物提高例如铁酸钠的铁酸盐的溶解性和稳定性。因此，该复盐相有助于从含二氧化钛的组合物中分离出氧化铁。含氧化钙的原料可以是石灰(即CaO或Ca(OH)2)、氧化钙(例如方解石)或其混合物。优选地，进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从含二氧化钛的组合物中回收二氧化钛的方法，包括：　　　　（ａ）向含二氧化钛的组合物中加入一种或多种碱盐，和含氧化铝的原料及含氧化钙的原料的至少之一，以生产进料；　　　　（ｂ）氧化煅烧所述进料以生产经煅烧的物料；以及　　　　（ｃ）从经煅烧的物料中回收二氧化钛产物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A扎，VD泰瑟韦德卡，
申请(专利权)人：利兹大学，
类型：发明
国别省市：GB[英国]