一种熔分钛渣制备富钛料的方法、富钛料及应用与流程

本技术涉及湿法冶金，尤其涉及一种熔分钛渣制备富钛料的方法、富钛料及应用。

背景技术：

1、随着全球对环境保护和可持续发展的日益重视，冶金行业的绿色低碳转型已成为必然趋势。我国钛资源绝大部分赋存于钒钛磁铁矿中，该类多金属共伴生矿属于重要的国家战略性矿产资源。在传统的处理工艺中，高炉流程作为主导工艺，其对钛资源的综合回收率相对较低，且产生的高炉渣中二氧化钛含量较低，难以实现高附加值的资源化利用。伴随冶金行业绿色低碳转型，氢冶金技术（气基竖炉还原-电炉熔分）展现出广阔前景，其产出的熔分钛渣二氧化钛（tio2）品位可达30%~55%。然而，该熔分钛渣中铁含量较低，而氧化钙（cao）、氧化镁（mgo）及二氧化硅（sio2）等杂质含量较高，且含有易溶的三价钛（ti3+），导致其无法直接作为钛白粉原料，亟需高效提质。

2、现有技术中，为了解决高杂质熔分渣的提质问题，通常采用如某一相关技术所公开的一种利用钒钛铁精矿直接还原熔分渣制备富钛料的方法。该方案将冷却后的固态渣磨细，重新加热至800~950 ℃进行氧化改性，随后再依次进行酸浸和碱浸。然而，在该方案中，由于需要对固态渣进行二次高温加热焙烧，导致工艺能耗极高，且酸碱双重浸出流程繁琐，废水处理压力巨大，难以实现绿色低碳的高效提质。

3、为了进一步改善钛渣中杂质的酸溶性，如某一相关技术公开了一种利用高钙镁钛铁矿制备氯化原料的方法。该方案在熔融钛渣中加入镁助剂进行改性，随后进行水淬冷却，再经过预酸浸和加压酸浸去除杂质。然而，在该方案中，由于需要额外添加大量的镁助剂，显著增加了原料成本，且后续的核心除杂步骤依赖于高温高压酸浸，对设备的耐压防腐要求极高，导致投资成本攀升，难以实现低成本的规模化生产。

4、此外，针对钛渣中黑钛石相的解构分离，如某一相关技术公开了一种利用电炉钛渣制备富钛料的方法。该方案将固态电炉钛渣在1000~1600 ℃下进行氧化焙烧，使黑钛石转化为金红石，随后加入浓硫酸进行高温熟化和酸洗。然而，在该方案中，由于采用了浓硫酸高温熟化工艺，不仅操作环境极其恶劣、设备腐蚀严重，而且固态渣的超高温焙烧同样面临巨大的能耗瓶颈，无法有效解决高杂质钛渣提质过程中的高耗能和高污染问题。本技术正是针对上述传统工艺中能耗高、流程长、钛流失严重等缺陷而提出。

5、综上所述，相关技术中在处理高杂质熔分钛渣时，普遍存在工艺能耗高、处理流程繁琐、杂质分离困难以及在酸浸过程中钛元素容易发生溶解损失从而导致钛回收率偏低的技术缺陷。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种熔分钛渣制备富钛料的方法、富钛料及应用，以改善现有技术中处理高杂质熔分钛渣时存在的能耗高、流程长、钛流失严重以及杂质难以高效分离的问题。

2、第一方面，本技术提供了一种熔分钛渣制备富钛料的方法，包括以下步骤：对出炉后的热态熔分钛渣吹入氧化性气体，使所述热态熔分钛渣中的三价钛发生氧化；对氧化后的熔分钛渣进行水淬，得到含有玻璃态含硅物相的水淬渣液；向所述水淬渣液中加入酸，进行搅拌浸出；对搅拌浸出后的物料进行固液分离，得到富钛料。

3、可选地，所述热态熔分钛渣的出渣温度为1400~1700 ℃。

4、可选地，所述氧化性气体为工业纯氧、富氧空气或压缩空气中的一种。

5、可选地，向所述热态熔分钛渣吹入所述氧化性气体的吹氧处理时间为10~60分钟。

6、可选地，进行所述水淬时，水与所述熔分钛渣的质量比为(1~10):1。

7、可选地，所述酸为硫酸、盐酸和硝酸中的一种，或者为硫酸、盐酸和硝酸中至少两种的混合物。

8、可选地，向所述水淬渣液中加入所述酸后形成的酸液的质量浓度为5%~30%。

9、可选地，所述搅拌浸出在不对所述水淬渣液额外加热的条件下进行，反应温度为50~90 ℃，反应时间为30~240分钟。

10、可选地，对搅拌浸出后的物料进行固液分离，得到固体产物；对所述固体产物进行洗涤和干燥，得到所述富钛料。

11、第二方面，本技术提供了一种富钛料，所述富钛料采用上述第一方面所述的方法制备得到，且所述富钛料中二氧化钛的质量分数大于74%。

12、第三方面，本技术提供了一种富钛料在制备钛产品中的应用，所述富钛料为上述第二方面所述的富钛料，所述钛产品为钛白粉或海绵钛。

13、本技术至少具有以下有益效果：

14、本技术提供的熔分钛渣制备富钛料的方法，在熔融氧化阶段，直接对出炉后的热态熔分钛渣吹入氧化性气体，由于在高温液相状态下气液两相传质效率较高，能够将渣中化学性质活泼且易溶于酸的三价钛氧化为化学性质更稳定的高价钛。这种处理方式在源头上起到了稳定钛元素的作用，抑制了后续酸浸过程中钛的溶解损失，从而提高了钛的总体回收率。

15、在水淬改性阶段，利用水淬瞬间产生的极大冷却速率对氧化后的熔分钛渣进行急冷，使得熔渣中的结晶态含硅物相转变为非晶态的玻璃体结构。由于该玻璃体结构具有微观疏松、结晶度低且化学活性较高的特点，使得原本在酸中呈惰性的含硅物相的酸溶活性得到显著增强，改善了高含量二氧化硅等杂质难以高效脱除的问题。

16、在酸浸除杂阶段，向含有玻璃态含硅物相的水淬渣液中直接加入酸，并在不对水淬渣液额外加热的条件下进行搅拌浸出。由于巧妙地利用了水淬改性后渣液自身携带的物理显热，将其直接转化为酸浸反应所需的活化能，从而省去了传统湿法冶金中为浸出液额外加热的高耗能步骤，在实现低温热活化酸浸的同时，降低了整个工艺的能源消耗，简化了工艺流程。

17、进一步地，将热态熔分钛渣的出渣温度限定在1400~1700 ℃，能够保证热态熔分钛渣处于良好的熔融流动状态。这种低黏度、高流动性的物理特性，为吹入的氧化性气体与液态渣体之间的气液两相混合提供了良好的动力学条件，增加了气液接触的比表面积，确保了渣中的三价钛能够与氧气发生快速且充分的氧化还原反应。

18、采用工业纯氧、富氧空气或压缩空气作为氧化性气体，为工业化应用提供了灵活的成本控制方案。将吹氧处理时间限定在10~60分钟，既保证了三价钛的充分氧化，又避免了长时间吹气导致热态熔渣的热量大量散失和黏度过大，从而维持了熔渣具备良好的流动性以顺利进入后续的水淬工序。

19、将水淬时水与熔分钛渣的质量比控制在(1~10):1，一方面保证了足够的水量以提供极高的冷却梯度，迫使含硅物相彻底转变为高活性的非晶态玻璃体；另一方面限制了水量的上限，避免了过量的冷水无谓地吸收并稀释掉熔渣携带的物理显热，使得水淬后的渣液能够自然维持在适宜的温度区间，为后续的无额外加热酸浸提供了温度前置条件。

20、选用硫酸、盐酸、硝酸或其混合物作为酸浸试剂，能够提供高浓度的氢离子，迅速破坏水淬渣中非晶态玻璃体的硅氧网络结构，使得钙、镁、铝以及硅酸根等杂质离子解离并溶出到液相母液中。将酸液的质量浓度界定在5%~30%，既保证了充足的氢离子浓度以彻底瓦解杂质相，又避免了酸度过高导致的设备严重腐蚀和试剂浪费，实现了杂质高效剥离与生产成本控制的平衡。

21、将搅拌浸出的反应温度设定在50~90 ℃，充分承接了水淬渣液的物理显热，保证了氢离子向固相颗粒内部扩散的动力学条件；反应时间限定在30~240分钟，为固液两相的传质和化学反应提供了充足的弛豫周期，确保了杂质相被充分溶解，实现了真正的低温热活化酸浸。

22、本技术制得的富钛料中二氧化钛的质量分数大于74%，证明了内部高含量二氧化硅及其他碱性杂质被深度脱除。该富钛料去除了对硫酸法和氯化法具有破坏作用的钙、镁、硅杂质，可直接作为生产钛白粉或海绵钛的优质原料，改善了传统高杂质熔分钛渣在钛化工产业链中难以应用的问题，提升了战略矿产资源的附加值，打通了钒钛磁铁矿氢冶金技术的产业化闭环。