一种从白泥中提取二氧化钛的方法
【专利摘要】本发明涉及一种从白泥中提取二氧化钛的方法，包括步骤：(1)白泥中加入碱性溶液，将Al2O3、SiO2浸出并收集滤渣a；(2)将滤渣a于浸取液中浸取，除去CaO、MgO、Fe2O3、Na2O，K2O等，收集二次滤渣b；(3)向滤渣b中加入硫酸，提取TiO2，得到滤液c；(4)将滤液c加热浓缩，用碱性溶液调节滤液pH至2.5～4.0，然后与热水混合，加热至沸腾，TiOSO4发生水解，煅烧水解所得到的固体，最终得到纯度>94％的TiO2。本发明能够有效地从提取白泥中的二氧化钛，所述方法流程简单，产品纯度较高，实现了对白泥的综合利用，创造了经济效益，对提高经济产值和降低环境污染具有重要作用。
【专利说明】
一种从白泥中提取二氧化钛的方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及二氧化钛的提取方法，具体涉及一种从白泥中提取二氧化钛的方法。
【背景技术】
[0002] 钛是地壳中丰富的元素之一，以二氧化钛计，约占地壳重量的1.06%。钛及其合金 具有强的抗腐蚀性(在海水中的腐蚀速率近于零）、高强度、耐高低温、轻而无磁性，并且具 有储氢、形状记忆合金和超导等优异性能，因此是国防工业、航天、生物医学材料、化工、电 力以及抗腐蚀耐磨材料领域的首选材料。因此，钛在现代社会中的应用十分广泛。近年来， 随着作为钛资源的金红石逐渐枯竭和价格上涨，从价格低廉的钛铁矿和工业生产产生的富 钛废渣中提取钛的研究正在逐步开展起来。
[0003] 目前，提取钛的原料主要为含钛高炉渣，它是冶炼钒钛磁铁矿时从高炉中排出的 副产品。处理含钛高炉渣需要高温处理、预氧化以及加压浸出等。这些方法不但流程较为复 杂，而且存在能耗高、设备要求苛刻等问题。如专利文献CN101781717B中描述了一种从含钛 炉渣中分离提取富态化合物的方法:在还原剂的存在下加入酸性氧化物，高温(约1300°C ) 下混合后冷却结晶。该方法虽然工艺流程短、设备简单，但反应温度高，能耗大，其终产物中 二氧化为含量仅为70 %以上，提取效果仍不理想。
[0004] 粉煤灰作为燃煤电厂排放的废弃物，每年的排放量高达上亿吨。由于其含有A1203、 31〇2、？62〇3、〇 &0、1%0、11〇2等多种可作为工业原料的成分，国内外很多的科研机构已经对其 展开了广泛的研究。目前，最为常见的就是从粉煤灰中提取氧化铝。在众多的提取方法中， 神华集团首创的"一步酸溶法工艺"（专利文献CN102145905A)由于工艺流程短、溶出率高等 特点而逐渐被广泛应用。然而，该法提铝后会产生大量的尾渣一俗称白泥，容易对环境造成 二次污染。
[0005] 经分析发现，白泥的主要成分为Si02和A1203，二者之和占总含量的80%以上，在硅 铝资源再利用方面表现出了较高的资源化价值。目前已有大量的文献是关于利用其开展分 子筛和铝硅酸盐玻璃等高附加值产品的合成，而对于从中进一步提取稀有有价金属的研究 至今还没有相关的报道。在原生资源逐渐枯竭的情况下，此类资源的综合利用必将引起广 泛的关注。粉煤灰中钛的含量较低，仅有1.84%，不宜直接提取。但是二氧化钛不溶于盐酸， 在酸法提取氧化铝的尾渣即白泥中得到了富集，因此从白泥中回收钛具有较高的经济产值 和环境意义。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种以白泥为原料提取二氧化钛的方法，该方法流程简单、 经济且所得到的二氧化钛的纯度高。
[0007] 本发明从白泥中提取二氧化钛的方法包括以下步骤：
[0008] (1)向白泥中加入碱性溶液，反应，将Al2〇3、Si02浸出，过滤，收集滤渣a;
[0009] (2)将滤渣a于酸性浸取液中浸取，使CaO、MgO、Fe2〇3、Na2〇，K2O进入到溶液里，过 滤，收集二次滤渣b;
[0010] (3)向滤渣b中加入硫酸，使Ti02溶解到浸取液中，生成TiOS〇4，过滤，得到含钛滤液 c；
[0011] (4)将滤液c加热浓缩，加入碱性溶液调节滤液pH至2.5~4.0，然后将所得滤液与 热水混合，加热至沸腾，Ti0S0 4发生水解，煅烧水解所得到的固体即得到二氧化钛固体。
[0012] 其中，在步骤(1)之前还包括将白泥水洗至中性、烘干备用的步骤。
[0013] 其中上述（1)步骤所述的碱性溶液为NaOH或K0H;浓度为3mol/L~6mol/L，优选 5mol/L;浸取时的固液质量比为1: (5~8)，优选1:7;浸取温度为50~90°C，优选80°C ;浸取 时间为3~7h，优选4h。所得滤液中的Al3+、Si4+可进一步作分子筛的合成研究。
[0014] 其中上述(2)步骤所述的浸取液是浓度为5mo 1 /L~8mo 1/L的盐酸溶液，优选6mo 1 / L;浸取时的固体液体质量比为（1:3)~（1:6)，优选1:4;浸取温度为50~80°C，优选60°C ;浸 取时间为:2~4h，优选3h。
[0015] 其中上述（3)步骤的硫酸浓度为85%~92%，固液质量比为1:3~5,浸取时间0.5 ~lh，测得Ti的浸取率为85 %~90 %。
[0016] 其中上述(4)步骤中调节pH所加碱液包括氨水、NaH⑶3、Na2C0 3、NaOH，K0H、KH⑶3、 K2C〇3、（NH4) 2C〇3、NH4HC03，优选为氨水。进一步的，将（4)步骤中滤液C的体积浓缩30 %~ 60%，浓缩温度为60~80°C，热水温度为80~100°C，钛液与热水的体积比为1:2~1:5,优选 1: 3，水解时间2h~5h，优选3h，煅烧温度为750°C~900 °C，煅烧时间lh~2h，所得Ti02的纯 度 >94%〇
[0017] 本发明方法步骤简单，能够有效地提取白泥中的钛，所得二氧化钛纯度较高，实现 了废物再利用，并为工业生产提供了大量的钛原料，提高了经济效益;此外本发明方法所得 副产物中的Al 3+、Si4+还可进一步作分子筛的合成研究，提高了白泥的利用率。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明实施方式的流程图。
【具体实施方式】
[0019] 以下实例中使用的白泥是根据专利文献CN102145905A记载的方法从准格尔矿区 粉煤灰提取氧化铝后得到的尾渣，其具体化学成分见表一。
[0020] 表一白泥的化学成分表(wt% )
[0022]现结合附图和实施例对本发明的【具体实施方式】做进一步的描述，但本发明不限于 以下所述的实施范围之中。
[0023]实施例1采用本发明方法提取钛
[0024]含钛白泥经过水洗至中性，烘干。采用5mol/L的氢氧化钠溶液作为浸取试剂，浸取 固液质量比为1:7，在温度80°C，搅拌，浸取4h，将Al2〇3、Si02浸出，过滤、水洗、得到滤渣a。将 滤渣a溶于6mol/L的盐酸中，固液质量比为1:4,温度60°C，搅拌，反应3h，使CaO、MgO、Fe 2〇3、 Na20，K20进入到溶液里，过滤、水洗、得到滤渣b。将滤渣b溶于92 %的浓硫酸中，固液质量比 为1:3，搅拌，反应0.5h，使Ti02溶解到浸取液中，生成TiOSCk，过滤，经ICP-OES测定滤液中钛 的浸取率为90 %。将滤液在75 °C温度下加热，体积浓缩50 %，滴加氨水，调节滤液的pH = 2.68，然后与100 °C热水以1:3的体积比混合，搅拌，煮沸，反应3h后停止，水解生成白色的水 合Ti02沉淀。将沉淀过滤、水洗、烘干后在900 °C条件下煅烧lh，得到纯度为96.2 %的Ti02。 [0025]实施例2采用本发明方法提取钛
[0026]含钛白泥经过水洗至中性，烘干。采用5mol/L的氢氧化钠溶液作为浸取试剂，浸取 固液质量比为1: 5.5，在温度80 °C，搅拌，浸取4h，过滤、水洗、留渣a。将滤渣a溶于6mol/L的 盐酸中，固液质量比为1:4，温度60°C，搅拌，反应3h，过滤、水洗、留渣b。将滤渣b溶于92 %的 浓硫酸中，固液质量比为1: 3，搅拌，反应0.5h，过滤，经ICP-0ES测定滤液中钛的浸取率为 87 %。将滤液在60°C温度下加热，体积浓缩40 %，滴加氨水，调节滤液的pH=3.15，然后与90 °C热水以1:3的体积比混合，搅拌，煮沸反应3h后停止，水解生成白色的水合Ti0 2沉淀。将沉 淀过滤、水洗、烘干后在900°C条件下煅烧lh，得到纯度为95.1 %的Ti02。
[0027]实施例3采用本发明方法提取钛
[0028]含钛白泥经过水洗至中性，烘干。采用5mol/L的氢氧化钠溶液作为浸取试剂，浸取 固液质量比为1:6，在温度90°C，搅拌，浸取4h，过滤、洗涤、留渣a。将滤渣a溶于6mo 1/L的盐 酸中，固液质量比为1:5，温度60 °C，搅拌，反应3h，过滤、洗涤、留渣b。将滤渣b溶于89 %的浓 硫酸中，固液质量比为1 : 3，搅拌，反应1 h，过滤，经ICP-OES测定滤液中钛的浸取率为 85.2 %。将滤液在60°C温度下加热，体积浓缩60 %，滴加氨水，调节滤液的pH = 4.0，然后与 85°C热水以1:3的体积比混合，搅拌，煮沸反应3h后停止，水解生成白色的水合Ti02沉淀。将 沉淀过滤、洗涤、烘干后在850 °C条件下煅烧1.5h，得到纯度为94.5 %的Ti02。
[0029]实施例4采用本发明方法提取钛
[0030]含钛白泥经过水洗至中性，烘干。采用5mol/L的氢氧化钠溶液作为浸取试剂，浸取 固液质量比为1: 7，在温度70 °C，搅拌，浸取5h，过滤、洗涤、留渣a。将滤渣a溶于6mo 1/L的盐 酸中，固液质量比为1:5，温度60 °C，搅拌，反应3h，过滤、洗涤、留渣b。将滤渣b溶于90 %的浓 硫酸中，固液质量比为1:3，搅拌，反应lh，过滤，经ICP-0ES测定滤液中钛的浸取率为87%。 将滤液在70°C温度下加热，体积浓缩50%，滴加氨水，调节滤液的pH= 3.5，然后与90°C热水 以1:3.5的体积比混合，搅拌，煮沸反应3h后停止，水解生成白色的水合Ti02沉淀。将沉淀过 滤、洗涤、烘干后在850 °C条件下煅烧2h，得到纯度为95.5 %的Ti02。
[0031]实施例5采用本发明方法提取钛
[0032]含钛白泥经过水洗至中性，烘干。采用6mol/L的氢氧化钠溶液作为浸取试剂，浸取 固液质量比为1:8，在温度60°C，搅拌，浸取6h，将Al2〇3、Si02浸出，过滤、水洗、得到滤渣a。将 滤渣a溶于5mol/L的盐酸中，固液质量比为1:6,温度60°C，搅拌，反应3h，使CaO、MgO、Fe 2〇3、 Na20，K20进入到溶液里，过滤、水洗、得到滤渣b。将滤渣b溶于92%的浓硫酸中，固液质量比 为1:2，搅拌，反应0.5h，使Ti0 2溶解到浸取液中，生成TiOSCk，过滤，经ICP-0ES测定滤液中钛 的浸取率为83.5 %。将滤液在70 °C温度下加热，体积浓缩30 %，滴加氨水，调节滤液的pH = 4,然后与80°C热水以1:3的体积比混合，搅拌，煮沸，反应3h后停止，水解生成白色的水合 Ti02沉淀。将沉淀过滤、水洗、烘干后在750 °C条件下煅烧lh，得到纯度为94.2 %的Ti02。 [0033]实施例6采用本发明方法提取钛
[0034]含钛白泥经过水洗至中性，烘干。采用6mol/L的氢氧化钠溶液作为浸取试剂，浸取 固液质量比为1:5，在温度80°C，搅拌，浸取4h，将Al2〇3、Si02浸出，过滤、水洗、得到滤渣a。将 滤渣a溶于5mol/L的盐酸中，固液质量比为1:6,温度75°C，搅拌，反应3h，使CaO、MgO、Fe 2〇3、 Na20，K20进入到溶液里，过滤、水洗、得到滤渣b。将滤渣b溶于92 %的浓硫酸中，固液质量比 为1:2，搅拌，反应0.5h，使Ti02溶解到浸取液中，生成TiOSCk，过滤，经ICP-0ES测定滤液中钛 的浸取率为84.5 %。将滤液在80 °C温度下加热，体积浓缩60 %，滴加氨水，调节滤液的pH = 3.8,然后与95°C热水以1:3的体积比混合，搅拌，煮沸，反应3h后停止，水解生成白色的水合 Ti02沉淀。将沉淀过滤、水洗、烘干后在800 °C条件下煅烧lh，得到纯度为94.7 %的Ti02。
【主权项】
1. 一种从白泥中提取二氧化钛的方法，包括以下步骤： (1) 向白泥中加入碱性溶液，反应，将Al2〇3、Si02浸出，过滤，收集滤渣a; (2) 将滤渣a于酸性浸取液中浸取，使CaO、MgO、Fe203、Na20，K 20进入到溶液里，过滤，收集 二次滤渣b; (3) 向滤渣b中加入硫酸，使Ti02溶解到浸取液中，生成TiOS〇4，过滤，得到滤液c; (4) 将滤液c加热浓缩，用碱性溶液调节滤液pH至2.5~4.0,然后与热水混合，加热至沸 腾，Ti0S04发生水解，煅烧水解所得到的固体即得到二氧化钛固体。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（1)之前还包括将白泥水洗至中性、 烘干备用的步骤。3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤（1)所述的碱性溶液为NaOH或K0H; 浓度为3mol/L~6mo 1/L，优选5mo 1/L;浸取时的固液质量比为1: (5~8)，优选1:7;浸取温度 为50~90°C，优选80°C ;浸取时间为3~7h，优选4h。4. 根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的浸取液是浓 度为5mol/L~8mol/L的盐酸溶液，优选6mol/L;浸取时的固体液体质量比为（1:3)~（1:6)， 优选1:4;浸取温度为50~80 °C，优选60 °C ;浸取时间为:2~4h，优选3h。5. 根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)的硫酸浓度为85% ~92%，固液质量比为1:3~1:5,浸取时间0.5~lh。6. 根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤(4)中调节pH所用碱液 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，优选为氨水。7. 根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，将步骤(4)所述滤液c的体积浓 缩30%~60%，浓缩温度为60~80°C，热水温度为80~100°C，所述滤液c与热水的体积比为 1:2~1:5，优选1:3;水解时间2~5h，优选3h。8. 根据权利要求1-7中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤(4)中所述煅烧温度为 750~900°C，煅烧时间为1~2h。
【文档编号】C01G23/053GK105967231SQ201610456901
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】王丽萍
【申请人】中国神华能源股份有限公司, 神华准能资源综合开发有限公司