高硅鈦鐵礦生產氟鈦酸鉀濕法冶金工藝研究

王志堅

(湖南有色金屬研究院,湖南長沙 410015)

·冶 金·

高硅鈦鐵礦生產氟鈦酸鉀濕法冶金工藝研究

王志堅

(湖南有色金屬研究院,湖南長沙 410015)

文章從高硅鈦鐵礦性質研究入手,在查明物料性質的基礎上,采用濕法冶金工藝研究氟鈦酸鉀的生產工藝,通過浸出、除雜、結晶、廢水處理等條件試驗,得出了最佳的濕法冶金工藝流程和工藝參數,所獲得氟鈦酸鉀產品符合部頒標準,可作建廠的設計依據。

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晶或白色粉末,主要用于聚丙烯合成和生產鋁鈦硼合金。氟鈦酸鉀的傳統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、產品市場競爭力弱等缺點,因此國內也有很多企業開始采用鈦鐵礦作為原料生產氟鈦酸鉀,但對原料中的硅等雜質要求相當高,試驗針對含硅高的鈦鐵礦進行了系統研究,提出了具體的工藝流程及工藝參數,可作為下一步的建廠設計依據。

1 試驗原料和輔助材料

1.1 試驗原料

試驗原料為某地的鈦鐵礦,其多元素分析結果列于表1。

表1 鈦鐵礦化學多元素分析結果 %

從表1的分析結果可知,試樣中可供回收利用的元素為鈦,可能影響產品質量的雜質元素為硅、鐵、錳。

1.2 輔助材料

1.2.1 氫氟酸

試驗用化學純氫氟酸的主要成分列于表2。

表2 試驗用化學純氫氟酸主要成分表 %

1.2.2 氯化鉀

試驗用化學純氯化鉀的主要成分列于表3。

表3 試驗用化學純氯化鉀的主要成分 %

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

2 條件試驗

2.1 除硅條件試驗

由于鈦鐵礦里硅(Si)含量比較高,導致浸出液中硅含量超標,一般在7.0～11.0 g/L左右,必須將硅降到一定低的濃度,才能使結晶后的產品中硅含量小于0.2%。因此,需要對硅進行除雜。試驗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,滿足結晶的要求。除硅條件試驗結果列于表4。

表4 除硅條件試驗結果

從表4的試驗結果可知,采用 KCl飽和溶液除硅,在過剩系數為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,滿足產品質量要求。

2.2 結晶條件試驗

除硅后液在硅含量達標后,利用 KCl與氟鈦酸反應生成氟鈦酸鉀,經靜置后過濾、洗滌、烘干,得到氟鈦酸鉀產品,為了提高鈦的結晶率,通過正式試驗找出最佳反應條件,正式試驗結果列于表5。

從表5試驗結果可以看出,反應條件對結晶率的影響順序,加料時間最為明顯,其次為 KCl的加入量,最后才是反應溫度和陳化時間,通過正交試驗,找出了結晶反應的最佳條件,并結合成本分析,延長加料時間,來降低KCl的耗量,并最終確定了結晶反應的各條件,反應溫度為室溫,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,結晶率可以達到95%以上。

表5 結晶條件試驗結果

3 驗證試驗

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

表6 氟鈦酸鉀產品主要化學成分 %

從表6驗證試驗結果可知,氟鈦酸鉀的主要化學成分均達到部頒標準。

4 廢水處理

將結晶反應后的母液與石灰乳反應,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,繼續攪拌反應20 min,當pH值穩定后,即可澄清(停攪拌靜置),實驗室在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。經澄清的上清液可以達標排放,渣水混合物結果處理后,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 氟鈦酸鉀試驗工藝流程圖

表7 上清液中Fe、F成分 g/L

5 結 語

1.研究考慮到高硅鈦鐵礦的性質,在原有氟鈦酸鉀生產工藝上做了變動,增加了除硅工藝,試驗結果表明,除硅工藝切實可行,達到預期目的。

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

3.試驗研究所獲得產品指標重現好,其工藝流程和工藝參數可以作為工業設計依據。

[1] 李洪桂.稀有金屬冶金[M].北京:冶金工業出版社,1990.

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

[3] 葉風虎(譯).鈦[M].北京:冶金工業出版社,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(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