高硅钛铁矿生产氟钛酸钾湿法冶金工艺研究

王志坚

(湖南有色金属研究院,湖南长沙 410015)

·冶 金·

高硅钛铁矿生产氟钛酸钾湿法冶金工艺研究

王志坚

(湖南有色金属研究院,湖南长沙 410015)

文章从高硅钛铁矿性质研究入手,在查明物料性质的基础上,采用湿法冶金工艺研究氟钛酸钾的生产工艺,通过浸出、除杂、结晶、废水处理等条件试验,得出了最佳的湿法冶金工艺流程和工艺参数,所获得氟钛酸钾产品符合部颁标准,可作建厂的设计依据。

钛铁矿;氟钛酸钾;湿法冶金;工艺研究

氟钛酸钾是一种无色单斜片状结晶或白色粉末,主要用于聚丙烯合成和生产铝钛硼合金。氟钛酸钾的传统工艺主要有氟钛酸法、偏钛酸法,但这些方法尽管工艺流程短,但存在成本高、产品市场竞争力弱等缺点,因此国内也有很多企业开始采用钛铁矿作为原料生产氟钛酸钾,但对原料中的硅等杂质要求相当高,试验针对含硅高的钛铁矿进行了系统研究,提出了具体的工艺流程及工艺参数,可作为下一步的建厂设计依据。

1 试验原料和辅助材料

1.1 试验原料

试验原料为某地的钛铁矿,其多元素分析结果列于表1。

表1 钛铁矿化学多元素分析结果 %

从表1的分析结果可知,试样中可供回收利用的元素为钛,可能影响产品质量的杂质元素为硅、铁、锰。

1.2 辅助材料

1.2.1 氢氟酸

试验用化学纯氢氟酸的主要成分列于表2。

表2 试验用化学纯氢氟酸主要成分表 %

1.2.2 氯化钾

试验用化学纯氯化钾的主要成分列于表3。

表3 试验用化学纯氯化钾的主要成分 %

生产用工业级氯化钾含量一般为98%左右,含有少量的杂质,如果不除去,对产品有一定的影响,因此,在氯化钾溶解后,需经过过滤以除去氯化钾溶液中的杂质,得到较纯的溶液。

2 条件试验

2.1 除硅条件试验

由于钛铁矿里硅(Si)含量比较高,导致浸出液中硅含量超标,一般在7.0～11.0 g/L左右,必须将硅降到一定低的浓度,才能使结晶后的产品中硅含量小于0.2%。因此,需要对硅进行除杂。试验通过利用氟钛酸钾与氟硅酸钾的溶解度差,往浸出液中加入一定量的 KCl饱和溶液搅拌反应60min左右,从而使硅以氟硅酸钾沉淀的形式除去,得到硅含量很低的浸出液,满足结晶的要求。除硅条件试验结果列于表4。

表4 除硅条件试验结果

从表4的试验结果可知,采用 KCl饱和溶液除硅,在过剩系数为1.6的条件下,除硅效果比较好,溶液中硅含量小于1.0 g/L,满足产品质量要求。

2.2 结晶条件试验

除硅后液在硅含量达标后,利用 KCl与氟钛酸反应生成氟钛酸钾,经静置后过滤、洗涤、烘干,得到氟钛酸钾产品,为了提高钛的结晶率,通过正式试验找出最佳反应条件,正式试验结果列于表5。

从表5试验结果可以看出,反应条件对结晶率的影响顺序,加料时间最为明显,其次为 KCl的加入量,最后才是反应温度和陈化时间,通过正交试验,找出了结晶反应的最佳条件,并结合成本分析,延长加料时间,来降低KCl的耗量,并最终确定了结晶反应的各条件,反应温度为室温,陈化时间4 h,KCl耗量在1.3～1.4倍,加料时间在2～2.5 h,在此条件下,结晶率可以达到95%以上。

表5 结晶条件试验结果

3 验证试验

将精制的氢氟酸的浓度控制在25%～30%,然后加入钛铁矿,搅拌反应大约15 min后,加水稀释溶液中 Ti含量到90～115 g/L,继续搅拌反应45 min,然后静置澄清,上清液进入下一工序。浸出过程属于放热反应,平均温度在70℃左右,最高温度可达120℃。氟钛酸钾试验工艺流程如图1所示,最终验证试验指标列于表6。

表6 氟钛酸钾产品主要化学成分 %

从表6验证试验结果可知,氟钛酸钾的主要化学成分均达到部颁标准。

4 废水处理

将结晶反应后的母液与石灰乳反应,其中石灰乳自配(按水∶石灰=3～3.5∶1),将石灰乳尽量加入均匀,以免沉渣包裹,使石灰用量加大。加料时间一般在30 min左右,待石灰乳完全加入后,继续搅拌反应20 min,当pH值稳定后,即可澄清(停搅拌静置),实验室在30～40 min后,完全澄清,上清液体积占总体积的1/3,下面的2/3左右为渣水混合物。经澄清的上清液可以达标排放,渣水混合物结果处理后,渣可以作为氟石膏对外出售给水泥厂或堆存。上清液中Fe、F的含量列于表7。

图1 氟钛酸钾试验工艺流程图

表7 上清液中Fe、F成分 g/L

5 结 语

1.研究考虑到高硅钛铁矿的性质,在原有氟钛酸钾生产工艺上做了变动,增加了除硅工艺,试验结果表明,除硅工艺切实可行,达到预期目的。

2.采用石灰絮凝沉降法处理工艺废水,可保证废水的达标排放,并降低了废水处理成本。

3.试验研究所获得产品指标重现好,其工艺流程和工艺参数可以作为工业设计依据。

[1] 李洪桂.稀有金属冶金[M].北京:冶金工业出版社,1990.

[2] 刘海霞,张梅,贾雪枫.氟钛酸钾生产新工艺[J].河南化工,24 (12):36-38.

[3] 叶风虎(译).钛[M].北京:冶金工业出版社,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

王志坚(1970-),男,高级工程师,主要从事冶金与新材料工艺研究工作。

2010-03-06