一種從白泥中提取二氧化鈦的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種從白泥中提取二氧化鈦的方法，包括步驟：(1)白泥中加入堿性溶液，將Al2O3、SiO2浸出并收集濾渣a；(2)將濾渣a于浸取液中浸取，除去CaO、MgO、Fe2O3、Na2O，K2O等，收集二次濾渣b；(3)向?yàn)V渣b中加入硫酸，提取TiO2，得到濾液c；(4)將濾液c加熱濃縮，用堿性溶液調(diào)節(jié)濾液pH至2.5～4.0，然后與熱水混合，加熱至沸騰，TiOSO4發(fā)生水解，煅燒水解所得到的固體，最終得到純度>94％的TiO2。本發(fā)明能夠有效地從提取白泥中的二氧化鈦，所述方法流程簡單，產(chǎn)品純度較高，實(shí)現(xiàn)了對(duì)白泥的綜合利用，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)提高經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值和降低環(huán)境污染具有重要作用。
【專利說明】
一種從白泥中提取二氧化鈦的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及二氧化鈦的提取方法，具體涉及一種從白泥中提取二氧化鈦的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鈦是地殼中豐富的元素之一，以二氧化鈦計(jì)，約占地殼重量的1.06%。鈦及其合金 具有強(qiáng)的抗腐蝕性(在海水中的腐蝕速率近于零）、高強(qiáng)度、耐高低溫、輕而無磁性，并且具 有儲(chǔ)氫、形狀記憶合金和超導(dǎo)等優(yōu)異性能，因此是國防工業(yè)、航天、生物醫(yī)學(xué)材料、化工、電 力以及抗腐蝕耐磨材料領(lǐng)域的首選材料。因此，鈦在現(xiàn)代社會(huì)中的應(yīng)用十分廣泛。近年來， 隨著作為鈦資源的金紅石逐漸枯竭和價(jià)格上漲，從價(jià)格低廉的鈦鐵礦和工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的富 鈦廢渣中提取鈦的研究正在逐步開展起來。
[0003] 目前，提取鈦的原料主要為含鈦高爐渣，它是冶煉釩鈦磁鐵礦時(shí)從高爐中排出的 副產(chǎn)品。處理含鈦高爐渣需要高溫處理、預(yù)氧化以及加壓浸出等。這些方法不但流程較為復(fù) 雜，而且存在能耗高、設(shè)備要求苛刻等問題。如專利文獻(xiàn)CN101781717B中描述了一種從含鈦 爐渣中分離提取富態(tài)化合物的方法:在還原劑的存在下加入酸性氧化物，高溫(約1300°C ) 下混合后冷卻結(jié)晶。該方法雖然工藝流程短、設(shè)備簡單，但反應(yīng)溫度高，能耗大，其終產(chǎn)物中 二氧化為含量僅為70 %以上，提取效果仍不理想。
[0004] 粉煤灰作為燃煤電廠排放的廢棄物，每年的排放量高達(dá)上億噸。由于其含有A1203、 31〇2、？62〇3、〇 &0、1%0、11〇2等多種可作為工業(yè)原料的成分，國內(nèi)外很多的科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)對(duì)其 展開了廣泛的研究。目前，最為常見的就是從粉煤灰中提取氧化鋁。在眾多的提取方法中， 神華集團(tuán)首創(chuàng)的"一步酸溶法工藝"（專利文獻(xiàn)CN102145905A)由于工藝流程短、溶出率高等 特點(diǎn)而逐漸被廣泛應(yīng)用。然而，該法提鋁后會(huì)產(chǎn)生大量的尾渣一俗稱白泥，容易對(duì)環(huán)境造成 二次污染。
[0005] 經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，白泥的主要成分為Si02和A1203，二者之和占總含量的80%以上，在硅 鋁資源再利用方面表現(xiàn)出了較高的資源化價(jià)值。目前已有大量的文獻(xiàn)是關(guān)于利用其開展分 子篩和鋁硅酸鹽玻璃等高附加值產(chǎn)品的合成，而對(duì)于從中進(jìn)一步提取稀有有價(jià)金屬的研究 至今還沒有相關(guān)的報(bào)道。在原生資源逐漸枯竭的情況下，此類資源的綜合利用必將引起廣 泛的關(guān)注。粉煤灰中鈦的含量較低，僅有1.84%，不宜直接提取。但是二氧化鈦不溶于鹽酸， 在酸法提取氧化鋁的尾渣即白泥中得到了富集，因此從白泥中回收鈦具有較高的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值 和環(huán)境意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種以白泥為原料提取二氧化鈦的方法，該方法流程簡單、 經(jīng)濟(jì)且所得到的二氧化鈦的純度高。
[0007] 本發(fā)明從白泥中提取二氧化鈦的方法包括以下步驟：
[0008] (1)向白泥中加入堿性溶液，反應(yīng)，將Al2〇3、Si02浸出，過濾，收集濾渣a;
[0009] (2)將濾渣a于酸性浸取液中浸取，使CaO、MgO、Fe2〇3、Na2〇，K2O進(jìn)入到溶液里，過 濾，收集二次濾渣b;
[0010] (3)向?yàn)V渣b中加入硫酸，使Ti02溶解到浸取液中，生成TiOS〇4，過濾，得到含鈦濾液 c；
[0011] (4)將濾液c加熱濃縮，加入堿性溶液調(diào)節(jié)濾液pH至2.5~4.0，然后將所得濾液與 熱水混合，加熱至沸騰，Ti0S0 4發(fā)生水解，煅燒水解所得到的固體即得到二氧化鈦固體。
[0012] 其中，在步驟(1)之前還包括將白泥水洗至中性、烘干備用的步驟。
[0013] 其中上述（1)步驟所述的堿性溶液為NaOH或K0H;濃度為3mol/L~6mol/L，優(yōu)選 5mol/L;浸取時(shí)的固液質(zhì)量比為1: (5~8)，優(yōu)選1:7;浸取溫度為50~90°C，優(yōu)選80°C ;浸取 時(shí)間為3~7h，優(yōu)選4h。所得濾液中的Al3+、Si4+可進(jìn)一步作分子篩的合成研究。
[0014] 其中上述(2)步驟所述的浸取液是濃度為5mo 1 /L~8mo 1/L的鹽酸溶液，優(yōu)選6mo 1 / L;浸取時(shí)的固體液體質(zhì)量比為（1:3)~（1:6)，優(yōu)選1:4;浸取溫度為50~80°C，優(yōu)選60°C ;浸 取時(shí)間為:2~4h，優(yōu)選3h。
[0015] 其中上述（3)步驟的硫酸濃度為85%~92%，固液質(zhì)量比為1:3~5,浸取時(shí)間0.5 ~lh，測得Ti的浸取率為85 %~90 %。
[0016] 其中上述(4)步驟中調(diào)節(jié)pH所加堿液包括氨水、NaH⑶3、Na2C0 3、NaOH，K0H、KH⑶3、 K2C〇3、（NH4) 2C〇3、NH4HC03，優(yōu)選為氨水。進(jìn)一步的，將（4)步驟中濾液C的體積濃縮30 %~ 60%，濃縮溫度為60~80°C，熱水溫度為80~100°C，鈦液與熱水的體積比為1:2~1:5,優(yōu)選 1: 3，水解時(shí)間2h~5h，優(yōu)選3h，煅燒溫度為750°C~900 °C，煅燒時(shí)間lh~2h，所得Ti02的純 度 >94%〇
[0017] 本發(fā)明方法步驟簡單，能夠有效地提取白泥中的鈦，所得二氧化鈦純度較高，實(shí)現(xiàn) 了廢物再利用，并為工業(yè)生產(chǎn)提供了大量的鈦原料，提高了經(jīng)濟(jì)效益;此外本發(fā)明方法所得 副產(chǎn)物中的Al 3+、Si4+還可進(jìn)一步作分子篩的合成研究，提高了白泥的利用率。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明實(shí)施方式的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 以下實(shí)例中使用的白泥是根據(jù)專利文獻(xiàn)CN102145905A記載的方法從準(zhǔn)格爾礦區(qū) 粉煤灰提取氧化鋁后得到的尾渣，其具體化學(xué)成分見表一。
[0020] 表一白泥的化學(xué)成分表(wt% )
[0022]現(xiàn)結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明不限于 以下所述的實(shí)施范圍之中。
[0023]實(shí)施例1采用本發(fā)明方法提取鈦
[0024]含鈦白泥經(jīng)過水洗至中性，烘干。采用5mol/L的氫氧化鈉溶液作為浸取試劑，浸取 固液質(zhì)量比為1:7，在溫度80°C，攪拌，浸取4h，將Al2〇3、Si02浸出，過濾、水洗、得到濾渣a。將 濾渣a溶于6mol/L的鹽酸中，固液質(zhì)量比為1:4,溫度60°C，攪拌，反應(yīng)3h，使CaO、MgO、Fe 2〇3、 Na20，K20進(jìn)入到溶液里，過濾、水洗、得到濾渣b。將濾渣b溶于92 %的濃硫酸中，固液質(zhì)量比 為1:3，攪拌，反應(yīng)0.5h，使Ti02溶解到浸取液中，生成TiOSCk，過濾，經(jīng)ICP-OES測定濾液中鈦 的浸取率為90 %。將濾液在75 °C溫度下加熱，體積濃縮50 %，滴加氨水，調(diào)節(jié)濾液的pH = 2.68，然后與100 °C熱水以1:3的體積比混合，攪拌，煮沸，反應(yīng)3h后停止，水解生成白色的水 合Ti02沉淀。將沉淀過濾、水洗、烘干后在900 °C條件下煅燒lh，得到純度為96.2 %的Ti02。 [0025]實(shí)施例2采用本發(fā)明方法提取鈦
[0026]含鈦白泥經(jīng)過水洗至中性，烘干。采用5mol/L的氫氧化鈉溶液作為浸取試劑，浸取 固液質(zhì)量比為1: 5.5，在溫度80 °C，攪拌，浸取4h，過濾、水洗、留渣a。將濾渣a溶于6mol/L的 鹽酸中，固液質(zhì)量比為1:4，溫度60°C，攪拌，反應(yīng)3h，過濾、水洗、留渣b。將濾渣b溶于92 %的 濃硫酸中，固液質(zhì)量比為1: 3，攪拌，反應(yīng)0.5h，過濾，經(jīng)ICP-0ES測定濾液中鈦的浸取率為 87 %。將濾液在60°C溫度下加熱，體積濃縮40 %，滴加氨水，調(diào)節(jié)濾液的pH=3.15，然后與90 °C熱水以1:3的體積比混合，攪拌，煮沸反應(yīng)3h后停止，水解生成白色的水合Ti0 2沉淀。將沉 淀過濾、水洗、烘干后在900°C條件下煅燒lh，得到純度為95.1 %的Ti02。
[0027]實(shí)施例3采用本發(fā)明方法提取鈦
[0028]含鈦白泥經(jīng)過水洗至中性，烘干。采用5mol/L的氫氧化鈉溶液作為浸取試劑，浸取 固液質(zhì)量比為1:6，在溫度90°C，攪拌，浸取4h，過濾、洗滌、留渣a。將濾渣a溶于6mo 1/L的鹽 酸中，固液質(zhì)量比為1:5，溫度60 °C，攪拌，反應(yīng)3h，過濾、洗滌、留渣b。將濾渣b溶于89 %的濃 硫酸中，固液質(zhì)量比為1 : 3，攪拌，反應(yīng)1 h，過濾，經(jīng)ICP-OES測定濾液中鈦的浸取率為 85.2 %。將濾液在60°C溫度下加熱，體積濃縮60 %，滴加氨水，調(diào)節(jié)濾液的pH = 4.0，然后與 85°C熱水以1:3的體積比混合，攪拌，煮沸反應(yīng)3h后停止，水解生成白色的水合Ti02沉淀。將 沉淀過濾、洗滌、烘干后在850 °C條件下煅燒1.5h，得到純度為94.5 %的Ti02。
[0029]實(shí)施例4采用本發(fā)明方法提取鈦
[0030]含鈦白泥經(jīng)過水洗至中性，烘干。采用5mol/L的氫氧化鈉溶液作為浸取試劑，浸取 固液質(zhì)量比為1: 7，在溫度70 °C，攪拌，浸取5h，過濾、洗滌、留渣a。將濾渣a溶于6mo 1/L的鹽 酸中，固液質(zhì)量比為1:5，溫度60 °C，攪拌，反應(yīng)3h，過濾、洗滌、留渣b。將濾渣b溶于90 %的濃 硫酸中，固液質(zhì)量比為1:3，攪拌，反應(yīng)lh，過濾，經(jīng)ICP-0ES測定濾液中鈦的浸取率為87%。 將濾液在70°C溫度下加熱，體積濃縮50%，滴加氨水，調(diào)節(jié)濾液的pH= 3.5，然后與90°C熱水 以1:3.5的體積比混合，攪拌，煮沸反應(yīng)3h后停止，水解生成白色的水合Ti02沉淀。將沉淀過 濾、洗滌、烘干后在850 °C條件下煅燒2h，得到純度為95.5 %的Ti02。
[0031]實(shí)施例5采用本發(fā)明方法提取鈦
[0032]含鈦白泥經(jīng)過水洗至中性，烘干。采用6mol/L的氫氧化鈉溶液作為浸取試劑，浸取 固液質(zhì)量比為1:8，在溫度60°C，攪拌，浸取6h，將Al2〇3、Si02浸出，過濾、水洗、得到濾渣a。將 濾渣a溶于5mol/L的鹽酸中，固液質(zhì)量比為1:6,溫度60°C，攪拌，反應(yīng)3h，使CaO、MgO、Fe 2〇3、 Na20，K20進(jìn)入到溶液里，過濾、水洗、得到濾渣b。將濾渣b溶于92%的濃硫酸中，固液質(zhì)量比 為1:2，攪拌，反應(yīng)0.5h，使Ti0 2溶解到浸取液中，生成TiOSCk，過濾，經(jīng)ICP-0ES測定濾液中鈦 的浸取率為83.5 %。將濾液在70 °C溫度下加熱，體積濃縮30 %，滴加氨水，調(diào)節(jié)濾液的pH = 4,然后與80°C熱水以1:3的體積比混合，攪拌，煮沸，反應(yīng)3h后停止，水解生成白色的水合 Ti02沉淀。將沉淀過濾、水洗、烘干后在750 °C條件下煅燒lh，得到純度為94.2 %的Ti02。 [0033]實(shí)施例6采用本發(fā)明方法提取鈦
[0034]含鈦白泥經(jīng)過水洗至中性，烘干。采用6mol/L的氫氧化鈉溶液作為浸取試劑，浸取 固液質(zhì)量比為1:5，在溫度80°C，攪拌，浸取4h，將Al2〇3、Si02浸出，過濾、水洗、得到濾渣a。將 濾渣a溶于5mol/L的鹽酸中，固液質(zhì)量比為1:6,溫度75°C，攪拌，反應(yīng)3h，使CaO、MgO、Fe 2〇3、 Na20，K20進(jìn)入到溶液里，過濾、水洗、得到濾渣b。將濾渣b溶于92 %的濃硫酸中，固液質(zhì)量比 為1:2，攪拌，反應(yīng)0.5h，使Ti02溶解到浸取液中，生成TiOSCk，過濾，經(jīng)ICP-0ES測定濾液中鈦 的浸取率為84.5 %。將濾液在80 °C溫度下加熱，體積濃縮60 %，滴加氨水，調(diào)節(jié)濾液的pH = 3.8,然后與95°C熱水以1:3的體積比混合，攪拌，煮沸，反應(yīng)3h后停止，水解生成白色的水合 Ti02沉淀。將沉淀過濾、水洗、烘干后在800 °C條件下煅燒lh，得到純度為94.7 %的Ti02。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種從白泥中提取二氧化鈦的方法，包括以下步驟： (1) 向白泥中加入堿性溶液，反應(yīng)，將Al2〇3、Si02浸出，過濾，收集濾渣a; (2) 將濾渣a于酸性浸取液中浸取，使CaO、MgO、Fe203、Na20，K 20進(jìn)入到溶液里，過濾，收集 二次濾渣b; (3) 向?yàn)V渣b中加入硫酸，使Ti02溶解到浸取液中，生成TiOS〇4，過濾，得到濾液c; (4) 將濾液c加熱濃縮，用堿性溶液調(diào)節(jié)濾液pH至2.5~4.0,然后與熱水混合，加熱至沸 騰，Ti0S04發(fā)生水解，煅燒水解所得到的固體即得到二氧化鈦固體。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟（1)之前還包括將白泥水洗至中性、 烘干備用的步驟。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟（1)所述的堿性溶液為NaOH或K0H; 濃度為3mol/L~6mo 1/L，優(yōu)選5mo 1/L;浸取時(shí)的固液質(zhì)量比為1: (5~8)，優(yōu)選1:7;浸取溫度 為50~90°C，優(yōu)選80°C ;浸取時(shí)間為3~7h，優(yōu)選4h。4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，步驟(2)所述的浸取液是濃 度為5mol/L~8mol/L的鹽酸溶液，優(yōu)選6mol/L;浸取時(shí)的固體液體質(zhì)量比為（1:3)~（1:6)， 優(yōu)選1:4;浸取溫度為50~80 °C，優(yōu)選60 °C ;浸取時(shí)間為:2~4h，優(yōu)選3h。5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，步驟(3)的硫酸濃度為85% ~92%，固液質(zhì)量比為1:3~1:5,浸取時(shí)間0.5~lh。6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，步驟(4)中調(diào)節(jié)pH所用堿液 包括氨水、恥!1〇)3、似2〇)3、恥0!1，1(0!1、101〇)3、1(2〇)3、（順4)2〇)3、順411〇)3，優(yōu)選為氨水。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將步驟(4)所述濾液c的體積濃 縮30%~60%，濃縮溫度為60~80°C，熱水溫度為80~100°C，所述濾液c與熱水的體積比為 1:2~1:5，優(yōu)選1:3;水解時(shí)間2~5h，優(yōu)選3h。8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，步驟(4)中所述煅燒溫度為 750~900°C，煅燒時(shí)間為1~2h。
【文檔編號(hào)】C01G23/053GK105967231SQ201610456901
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月22日
【發(fā)明人】王麗萍
【申請(qǐng)人】中國神華能源股份有限公司, 神華準(zhǔn)能資源綜合開發(fā)有限公司