本发明涉及固体废弃物处理领域，具体涉及一种处理含钛赤泥的方法。
背景技术：
赤泥是铝土矿提炼氧化铝过程中产生的废弃物，因其为赤红色泥浆而得名。一般情况下，平均生产1吨氧化铝，会副产1～2吨赤泥。随着我国及全球氧化铝工业的快速发展，自2005年到2015年，我国氧化铝产量从859万吨/年发展到5898万吨/年，全球氧化铝产量从5616万吨/年发展到12471万吨/年。我国氧化铝赤泥的年增长量可达7000万吨以上，历史累计堆存量已超过3.5亿吨。赤泥中含有大量的铁、铝、钠、钙等金属。赤泥的堆存不仅会占用大量的土地和农田，耗费较多的堆场建设及维护费用，造成严重的水质污染，而且还浪费了大量的金属资源。赤泥中的有价金属组分如fe2o3、al2o3、na2o、tio2，多为经济价值较低的碱金属，单独就其中某一种元素进行回收利用，并不能很好地解决工艺经济性和赤泥堆存量巨大的问题，必须采用多种金属联合回收的技术才能真正的实现赤泥的综合利用和减量化。对于钛含量较高的赤泥，处理难度较大。因为钛是一种高熔点物质，会使炉渣变粘稠，严重影响炉渣的流动性，不利于赤泥还原-熔分造渣提铁。因此，在处理高钛赤泥时应当首先将钛与铁分离，再进一步开展提铁工序。
有报道提出，将盐酸浸出渣与铝粉、cao、caf2、nano3均匀混合，进行铝热还原处理，可用于生产近似于工业合金成分的钛铁合金。
赤泥中钛含量较高，如果直接采用火法工艺进行处理，得到的炉渣中钛的含量低，利用价值不大。同时，赤泥中钛的存在增大了铁等其他元素的回收难度。
技术实现要素：
本发明旨在提出一种处理含钛赤泥的方法，该方法能够较好的实现钛、铁、铝的分离，降低了添加剂的用量，并且能耗较低。
本发明提出了一种处理含钛赤泥的方法，包括步骤：
含钛赤泥经盐酸溶液浸出后，得到浸出渣和浸出液；其中
①所述浸出渣的处理过程为：利用硫酸溶液对所述浸出渣进行进一步的浸出处理，并经水解、焙烧处理得到二氧化钛；
②所述浸出液的处理过程为：对所述浸出液进行蒸发焙烧处理，得到混合物；向所述混合物中加入还原剂和添加剂，并压块成型，得到生球；所述生球经还原、熔分处理，得到熔分铁和富铝渣。
进一步的，所述浸出液蒸发焙烧过程得到盐酸，对所述盐酸进行回收，用于所述含钛赤泥的浸出过程。
优选的，所述还原剂选用焦粉或兰炭；所述添加剂选用石灰石。
进一步的，所述含钛赤泥中钛含量为8～20wt％，铁含量为26～32wt％，铝含量为16～25wt％。
优选的，所述盐酸溶液的浓度为4～8mol/l；控制所述含钛赤泥的浸出时间为60～180min，浸出温度为60～110℃。
优选的，所述浸出液蒸发焙烧过程中，控制蒸发焙烧的温度为200～300℃，得到的所述混合物的含水量为20～25wt％。
进一步的，所述生球的组成为：100重量份的混合物、5～10重量份的添加剂、20～30重量份的还原剂。优选的，所述生球的组成为：100重量份的混合物、6～8重量份的添加剂、25～30重量份的还原剂。
进一步的，所述还原过程中，控制还原温度为1150～1300℃，还原时间为20～40min。优选的，控制所述还原温度为1150～1200℃，还原时间为25～35min。
优选的，所述熔分过程中，控制熔分温度为1400～1550℃，熔分时间为30～60min；优选的，控制所述熔分温度为1500℃，熔分时间为60min。
进一步的，所述熔分铁中铁品位≥97.5％；所述富铝渣中铝含量为38～45wt％。
本发明在处理含钛赤泥时，首先采用盐酸溶液处理含钛赤泥，使得其中不溶于盐酸溶液的钛富集在浸出渣中，而溶于盐酸溶液的铝和铁富集在浸出液中，初步实现钛与铝、铁的有效分离。该盐酸浸出步骤，为后序处理过程中提取铁创造了良好的条件，由于富集钛后的浸出渣比较粘稠，不利于后序还原、熔分后熔分铁和富铝渣的分离。因此，盐酸浸出过程将钛分离出去后，使得后序铁、铝的提取过程更加容易，并且，可以显著降低熔分过程的温度和时间，减少添加剂的用量，降低能耗，节约生产成本。
本发明能够实现钛、铁、铝的有效分离提取，并且提高了富铝渣提铝的经济价值，实现了含钛赤泥的综合回收利用。
附图说明
图1为本发明实施例中处理含钛赤泥的方法流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
钛不溶于酸，而铝和铁的氧化物等能够被酸溶解而进入酸溶液中。基于此种性质，可以将含钛赤泥首先用盐酸浸出进行处理，将钛与铁分离后再进行钛与铁的分别回收。
如图1所示，本发明中处理含钛赤泥的方法，包括如下步骤：
含钛赤泥经盐酸溶液浸出后，得到浸出渣和浸出液。由于含钛赤泥中含有的钛不溶于盐酸，而铝和铁等能够被盐酸溶解，因此，钛会富集在浸出渣中，而铝和铁会溶于浸出液中，从而实现钛和铁、铝的分离。其中，浸出渣和浸出液的处理过程分别为：
浸出渣的处理过程为：利用硫酸溶液对浸出渣进行进一步的浸出处理，然后经水解、焙烧处理得到二氧化钛产品。
浸出液的处理过程为：对浸出液进行蒸发焙烧处理，得到fe2o3、al2o3等的混合物。向混合物中加入还原剂和添加剂，并压块成型，得到生球。生球烘干后，经还原、熔分处理，得到熔分铁和富铝渣。富铝渣中，实现了铝的有效富集，可进行进一步的提铝处理。
浸出液蒸发焙烧处理过程中，会蒸发得到盐酸。在本发明的不同实施例中，对蒸发得到的盐酸进行回收，用于含钛赤泥的浸出过程。
本发明的含钛赤泥中，钛含量为8～20wt％(wt％为质量百分比)，铁含量为26～32wt％，铝含量为16～25wt％。含钛赤泥的盐酸浸出过程中，所使用盐酸的浓度为4～8mol/l。含钛赤泥的盐酸浸出时间为60～180min，浸出温度为60～110℃。
在浸出液的处理过程中，控制蒸发焙烧处理过程的温度为200～300℃，在该温度下，浸出液中的铝、铁经焙烧后生成fe2o3、al2o3等的混合物，并且，所得到混合物的含水量为20～25wt％。
该步骤中，还原剂为具有还原作用的煤粉，本发明优选焦粉或兰炭。本发明中，添加剂选用石灰石。添加剂能够起到助熔作用，有助于后序生球还原过程中铁氧化物的还原，以及熔分过程中渣铁的有效分离。
本发明中，生球的组成为：100重量份的混合物、5～10重量份的添加剂、20～30重量份的还原剂。作为本发明优选的方案，生球的组成为：100重量份的混合物、6～8重量份的添加剂、25～30重量份的还原剂。
生球还原过程中，控制还原温度为1150～1300℃，还原时间为20～40min。作为本发明优选的方案，控制还原温度为1150～1200℃，还原时间为25～35min。熔分过程中，控制熔分温度为1400～1550℃，熔分时间为30～60min。作为本发明优选的方案，控制熔分温度为1500℃，熔分时间为60min。
生球经还原、熔分处理后，得到的熔分铁中，铁品位≥97.5％，铁的回收率也在97.5％以上。得到的富铝渣中，铝含量为38～45wt％，铁含量较低，在2wt％以下，并可进一步提取富铝渣中的铝金属。
在浸出渣的处理过程中，利用硫酸溶液对浸出渣进行进一步的浸出处理，得到硫酸浸出液和富钛渣。富钛渣经水解、焙烧处理得到二氧化钛产品。
其中，硫酸溶液的质量浓度为55～98％，浸出渣在硫酸溶液中，于140～220℃的温度下熟化1～4h，然后，经冷却后加入硫酸体积2～3倍的温水，并搅拌至固体浸出渣溶解，得到的浸出液和富钛渣的重量比为1.4～1.9：1。
实施例1
将钛含量8.25wt％，铁含量30.52wt％，铝含量24.24wt％的含钛赤泥经盐酸溶液浸出，盐酸溶液浓度为4mol/l，浸出时间为60min，浸出温度为60℃，得到浸出渣和浸出液。
浸出液经蒸发焙烧处理后得到al2o3、fe2o3等的混合物，并回收蒸发得到的盐酸，用于含钛赤泥的浸出处理过程进行循环利用。取100重量份的混合物，配加6重量份的添加剂与25重量份的还原剂，混合均匀后压块成型，得到生球。生球烘干后进行还原、熔分处理，控制还原温度为1150℃，还原时间为25min，熔分温度为1450℃，熔分时间为40min，得到熔分铁和富铝渣。经化验测试，熔分铁中铁品位为98.26％，回收率为98.66％，富铝渣中铁含量为1.98wt％，铝含量为43.2wt％。富铝渣可以进行进一步的提铝处理。
浸出渣用硫酸溶液浸出，其中的tio2生成钛氧硫酸盐。钛氧硫酸盐经水解、焙烧处理，获得纯度为95.80％的tio2，可用作颜料或生产ticl4。
实施例2
将钛含量15.26wt％，铁含量28.28wt％，铝含量20.85wt％的含钛赤泥经盐酸溶液浸出，盐酸溶液浓度为5mol/l，浸出时间为60min，浸出温度为70℃，得到浸出渣和浸出液。
浸出液经蒸发焙烧处理后得到al2o3、fe2o3等的混合物，并回收蒸发得到的盐酸，用于含钛赤泥的浸出处理过程进行循环利用。取100重量份的混合物，配加6重量份的添加剂与25重量份的还原剂，混合均匀后压块成型，得到生球。生球烘干后进行还原、熔分处理，控制还原温度为1180℃，还原时间为30min，熔分温度为1500℃，熔分时间为50min，得到熔分铁和富铝渣。经化验测试，熔分铁中铁品位为98.72％，回收率为98.89％，富铝渣中铁含量为1.74wt％，铝含量为40.89wt％。富铝渣可以进行进一步的提铝处理。
浸出渣用硫酸溶液浸出，其中的tio2生成钛氧硫酸盐。钛氧硫酸盐经水解、焙烧处理，获得纯度为96.32％的tio2，可用作颜料或生产ticl4。
实施例3
将钛含量18.06wt％，铁含量27.86wt％，铝含量18.15wt％的含钛赤泥经盐酸溶液浸出，盐酸溶液浓度为6mol/l，浸出时间为90min，浸出温度为70℃，得到浸出渣和浸出液。
浸出液经蒸发焙烧处理后得到al2o3、fe2o3等的混合物，并回收蒸发得到的盐酸，用于含钛赤泥的浸出处理过程进行循环利用。取100重量份的混合物，配加6重量份的添加剂与25重量份的还原剂，混合均匀后压块成型，得到生球。生球烘干后进行还原、熔分处理，控制还原温度为1200℃，还原时间为30min，熔分温度为1500℃，熔分时间为50min，得到熔分铁和富铝渣。经化验测试，熔分铁中铁品位为98.95％，回收率为99.03％，富铝渣中铁含量为1.56wt％，铝含量为38.86wt％。富铝渣可以进行进一步的提铝处理。
浸出渣用硫酸溶液浸出，其中的tio2生成钛氧硫酸盐。钛氧硫酸盐经水解、焙烧处理，获得纯度为96.98％的tio2，可用作颜料或生产ticl4。
实施例4
将钛含量18.23wt％，铁含量28.03wt％，铝含量17.89wt％的含钛赤泥经盐酸溶液浸出，盐酸溶液浓度为4mol/l，浸出时间为100min，浸出温度为80℃，得到浸出渣和浸出液。
浸出液经蒸发焙烧处理后得到al2o3、fe2o3等的混合物，并回收蒸发得到的盐酸，用于含钛赤泥的浸出处理过程进行循环利用。取100重量份的混合物，配加8重量份的添加剂与28重量份的还原剂，混合均匀后压块成型，得到生球。生球烘干后进行还原、熔分处理，控制还原温度为1200℃，还原时间为30min，熔分温度为1500℃，熔分时间为50min，得到熔分铁和富铝渣。经化验测试，熔分铁中铁品位为98.42％，回收率为98.89％，富铝渣中铁含量为1.63wt％，铝含量为38.26wt％。富铝渣可以进行进一步的提铝处理。
浸出渣用硫酸溶液浸出，其中的tio2生成钛氧硫酸盐。钛氧硫酸盐经水解、焙烧处理，获得纯度为95.36％的tio2，可用作颜料或生产ticl4。
实施例5
将钛含量17.23wt％，铁含量28.09wt％，铝含量17.23wt％的含钛赤泥经盐酸溶液浸出，盐酸溶液浓度为8mol/l，浸出时间为180min，浸出温度为110℃，得到浸出渣和浸出液。
浸出液经蒸发焙烧处理后得到al2o3、fe2o3等的混合物，并回收蒸发得到的盐酸，用于含钛赤泥的浸出处理过程进行循环利用。取100重量份的混合物，配加7重量份的添加剂与30重量份的还原剂，混合均匀后压块成型，得到生球。生球烘干后进行还原、熔分处理，控制还原温度为1200℃，还原时间为35min，熔分温度为1500℃，熔分时间为60min，得到熔分铁和富铝渣。经化验测试，熔分铁中铁品位为98.98％，回收率为99.02％，富铝渣中铁含量为1.27wt％，铝含量为40.06wt％。富铝渣可以进行进一步的提铝处理。
浸出渣用硫酸溶液浸出，其中的tio2生成钛氧硫酸盐。钛氧硫酸盐经水解、焙烧处理，获得纯度为96.28％的tio2，可用作颜料或生产ticl4。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。