本發明專利技術公開一種利用含鈦高爐渣礦化CO2聯產TiO2和Al2O3的方法。所述方法包括以下步驟：（1）將含鈦高爐渣與硫酸銨混合焙燒，得到焙燒渣和氨氣，氨氣用水吸收得到氨水；（2）焙燒渣用水浸出并過濾得到浸出液和浸出渣；（3）將步驟2的浸出渣、步驟1的氨水與二氧化碳反應得到礦化渣和礦化母液；（4）將步驟2的浸出液用步驟1的氨水調節溶液pH，分步沉淀并過濾可獲得偏鈦酸和氫氧化鋁沉淀及富鎂溶液；（5）將步驟4中的富鎂溶液、步驟1的氨水與二氧化碳反應得到碳酸鎂沉淀和礦化母液；（6）將步驟3和5的礦化母液混合蒸發、冷卻、結晶得到硫酸銨固體，循環使用；(7)?將步驟4的沉淀物分別煅燒獲得TiO2和Al2O3。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于CO2減排及固廢資源化利用領域，具體涉及利用含鈦高爐渣礦化封存二氧化碳同時生產高附加值鈦、鋁氧化物的方法。
技術介紹
自工業革命以來，化石燃料的大量使用導致大氣中CO2濃度急劇升高，由此引發的溫室效應造成了全球海平面上升，干旱、洪澇和極端嚴寒天氣頻繁出現，對地球生態和人類生活造成了巨大危害。目前中國已經成為全球最大的碳排放國家，中國政府面臨國際社會巨大的減排壓力。基于我國“富煤、缺油、少氣”的能源結構以及非化石能源占比低的現狀，末端減排是維持我國經濟中高速發展條件下實現CO2大規模減排的現實選擇。目前，CCUS技術（二氧化碳的捕集、利用與封存）是最主要的末端減排策略，在全球正得到廣泛的研究與試驗。但是，單純的封存過程經濟性差，如果在封存過程能夠副產附加值高的化學品或（和）對外輸出能量，則過程經濟性將會顯著提高。基于此，四川大學提出了CO2礦化利用的學術思想，將CO2作為一種資源，在利用自然界豐富的含鈣鎂的硅酸鹽或硅鋁酸鹽礦物礦化固定CO2同時，提取其中伴生的高附加值化學組分，將礦化反應低位化學能加以利用或轉變為電能輸出，同步完成CO2減排、資源（能源）開發與有用化學品生產多重任務，可以實現有盈利條件下的CO2減排。鈦作為一種重要的戰略資源，廣泛應用于航空航天、化工、冶金等領域。中國鈦資源豐富，儲量約占世界總儲量的30%，主要蘊藏在四川攀枝花-西昌地區及河北承德的釩鈦磁鐵礦中。但是，我國目前鈦資源利用率很低。在釩鈦磁鐵礦選礦過程中，大約有54%的鈦進入到鐵精礦，隨后進入高爐冶煉，形成含鈦高爐渣。我國每年大約要排放兩千萬噸TiO2含量為8～25%的高爐渣，大量含鈦高爐渣堆積如山，不僅占用了大量的土地，造成鈦資源的浪費，而且污染環境。對含鈦高爐渣利用的報道很多，比如中國專利CN 1746126A公開了利用電磁波對含鈦高爐渣進行輻射，然后用硫酸對其進行選擇性酸解、水解、煅燒等工藝制得富鈦料的方法；中國專利CN 86108511A公開了用硫酸法浸出含鈦高爐制備鈦白粉工藝；中國專利CN 200810011305.7公開了采用含鈦高爐渣和硫酸銨等原料焙燒制備植物肥料的方法，但是焙燒過程揮發的氨氣有沒有回收利用，污染環境，同時肥料的附加值低；中國專利CN101988158A公開了一種含鈦廢渣（實際上就是含鈦高爐渣）的綜合利用方法：(1)將含鈦廢渣與硫酸銨、硫酸鉀在200~500℃下焙燒，得到塊狀固體和氨氣；(2)將上述塊狀固體水浸、過濾得到濾液和水浸渣，水浸渣用于作水泥添加劑；(3)將氨氣通入濾液中，控制pH值分別為1.8~3.5、5.8~7.5，將鈦、鋁分別以水合二氧化鈦和氫氧化鋁沉淀的形式回收。該方法存在的主要問題是：①水浸渣主要成分為硫酸鈣和二氧化硅，而水泥制品對于硫含量有著嚴格的限制，因此，水浸渣難以利用；②由于水浸渣中包含了大量硫酸根，意味著焙燒過程中產生氨氣的量遠大于流程中用于鈦鋁沉淀所需氨氣，因此，此工藝必然副產大量氨水，儲運困難。
技術實現思路
針對現有含鈦高爐渣資源化利用技術以及CO2礦化封存技術存在的不足，本專利技術的目的在于提供一種反應條件溫和、工藝簡單、能高效回收含鈦高爐渣中高附加值鈦鋁組分，并同時利用含鈦高爐渣中大量的鈣鎂離子（含鈦高爐渣中平均CaO+MgO≥30%）礦化固定CO2的方法，實現含鈦高爐渣各組分的原子經濟利用，顯著地提高了過程的經濟性。本專利技術的具體工藝步驟如下：1、含鈦高爐渣焙燒將粒度為45-150μm含鈦高爐渣粉料和硫酸銨按質量比為1:4～15混合均勻，在250～450℃下焙燒30~240min，反應后得到塊狀焙燒渣和尾氣，尾氣中的的氨氣用水吸收并濃縮成濃氨水。 2、焙燒渣水浸將步驟1得到的焙燒渣采用水浸出，浸出條件為：溫度40～75℃，時間30～240min，液固比（g/g）為1:1～6:1，浸出畢，過濾，得到富含硫酸鈣的浸出渣和富含鈦鋁鎂金屬離子的浸出液3、水浸渣礦化將步驟2得到的水浸渣和步驟1得到的氨水混合成漿料，控制水浸渣中硫酸鈣與氨的摩爾比為1:2，通入二氧化碳進行反應， 在30～60℃下反應30~200min，過濾，得到富含碳酸鈣的礦化渣和富含硫酸銨的礦化母液1。4、浸出液中鈦鋁離子分步沉淀將步驟1得到的氨水加入步驟2得到的浸出液中，控制pH0.5～4，使浸出液中的鈦離子沉淀而鋁鎂離子不沉淀，過濾，得到H2TiO3沉淀渣和富含鋁鎂硫酸鹽和硫酸銨的沉淀母液1；再向沉淀母液1中加入步驟1得到的氨水，控制pH5～8，使溶液中的鋁離子沉淀而鎂離子不沉淀，過濾，得到Al(OH)3沉淀渣和富含硫酸鎂和硫酸銨的沉淀母液2。上述沉淀過程中控制溫度為20~60℃。5、富鎂溶液礦化向步驟4中的沉淀母液2中加入步驟1得到的氨水，控制溶液中硫酸鎂與氨的摩爾比為1:2，通入二氧化碳，在20～60℃下反應30～300 min，經過濾后得到碳酸鎂沉淀和富含硫酸銨的礦化母液2。6、硫酸銨的循環利用將步驟3和步驟5得到的富含硫酸銨的礦化母液1和2混合，蒸發濃縮、冷卻結晶，得到的硫酸銨固體，用于步驟1，實現了硫酸銨的完全循環利用。7、煅燒 將步驟4得到的H2TiO3在1000℃下煅燒60min得到TiO2，Al(OH)3在500℃下煅燒60min得到 Al2O3。本專利技術提供的技術路線中，硫酸銨首先分解成為硫酸氫銨和氨氣，然后硫酸氫銨再與含鈦高爐渣進行酸解反應，由于硫酸氫銨熔點較低，僅為147℃，因此，硫酸銨和含鈦高爐渣焙燒反應本質上是液-固反應，有助于傳質和傳熱。硫酸銨分解出的氨氣可用水吸收為后續工藝使用。焙燒過程使含鈦高爐渣中各種主要金屬元素分別轉化為對應的硫酸鹽： Al2(SO4)3、MgSO4、CaSO4和TiOSO4，在浸出階段就可使鎂、鋁、鈦的硫酸鹽完全進入到溶液中，而硫酸鈣留在渣中，浸出液用氨水分步沉淀鈦、鋁，分離鈦鋁后的含鎂母液以及含硫酸鈣的水浸渣可以用于礦化二氧化碳，分別得到高純度碳酸鎂沉淀和含碳酸鈣和二氧化硅的礦化渣，礦化渣可以作為生產水泥的原料，避免了天然礦的開采。本專利技術與現有技術相比，具有以下優點：1、本專利技術以硫酸銨與含鈦高爐渣焙燒過程溢出氨氣為介質，以水浸渣中硫酸鈣作為礦化原料，巧妙地利用CO2的固定封存反應實現了系統中硫酸銨的完全循環利用，因此，本工藝具有CO2和固廢減排、并同時生產高附加值二氧化鈦和氧化鋁多重效益。2、本專利技術反應條件溫和，工藝簡單，成本低，具有工業化應用前景。附圖說明圖1是本專利技術的工藝流程圖。具體實施方式下面結合實施例對本專利技術作詳細說明，但是本專利技術的保護范圍不僅限于下面的實施例。下述各實施例中，所采用的含鈦高爐渣的化學組成(質量百分比)為21.19% TiO2、1.16％TFe、22.55% SiO2、26.84% CaO、7.25% MgO、13.69% Al2O3以及其他7.32%。實施例一（1）將含鈦高爐渣磨細至-150μm與硫酸銨均勻混合，控制含鈦高爐渣與硫酸銨質量比為1:4。（2）將步驟（1）得到的混合料置于管式爐中，以10℃/min的速率程序升溫至350℃，繼續焙燒150min，反應后得到焙燒渣冷卻至室溫，焙燒過程產生的氨氣用水吸收。（3）將步驟（2）得到的焙燒渣用水浸出，在水浴鍋內40℃下恒溫攪拌240min，液固比（g本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種含鈦高爐渣礦化二氧化碳聯產TiO2和Al2O3的方法，其特征在于包括以下步驟：步驟1含鈦高爐渣焙燒?將細磨的含鈦高爐渣粉料與硫酸銨按一定質量比均勻混合，在一定溫度下反應一段時間，得到塊狀焙燒渣和尾氣，尾氣中主要為氨氣，用水吸收制成氨水；步驟2?焙燒渣水浸?將步驟1中得到的焙燒渣采用水浸出，浸出漿料經固液分離，得到富含硫酸鈣和二氧化硅的浸出渣和富含鈦鋁鎂金屬離子的浸出液；步驟3水浸渣礦化?將步驟2得到浸出渣和步驟1得到的氨水混合調成漿料，在一定溫度下向漿料中通入二氧化碳，反應一段時間后，漿料經固液分離，得到富含碳酸鈣的礦化渣和富含硫酸銨的礦化母液1；步驟4浸出液中鈦鋁離子分步沉淀?將步驟1得到的氨水加入步驟2得到的浸出液中，控制pH，使浸出液中的鈦離子沉淀而鋁鎂離子不沉淀，過濾，得到H2TiO3沉淀渣和富含鋁鎂硫酸鹽和硫酸銨的母液1；向母液1中加入步驟1得到的氨水，控制pH，使母液1中的鋁離子沉淀而鎂離子不沉淀，過濾后得到Al(OH)3沉淀渣和富含硫酸鎂和硫酸銨的母液2；步驟5?富鎂溶液礦化?將步驟1得到的氨水加入到步驟4得到的母液2中，同時通入二氧化碳，反應一段時間，漿料經固液分離，得到碳酸鎂礦化渣和富含硫酸銨的礦化母液2；步驟6硫酸銨循環?將步驟3得到的礦化母液1和步驟5得到的礦化母液2混合，經蒸發濃縮、冷卻、結晶，得到的固體硫酸銨，用于步驟1，實現了硫酸銨的完全循環利用。...
【技術特征摘要】
1.一種含鈦高爐渣礦化二氧化碳聯產TiO2和Al2O3的方法，其特征在于包括以下步驟：步驟1含鈦高爐渣焙燒 將細磨的含鈦高爐渣粉料與硫酸銨按一定質量比均勻混合，在一定溫度下反應一段時間，得到塊狀焙燒渣和尾氣，尾氣中主要為氨氣，用水吸收制成氨水；步驟2 焙燒渣水浸 將步驟1中得到的焙燒渣采用水浸出，浸出漿料經固液分離，得到富含硫酸鈣和二氧化硅的浸出渣和富含鈦鋁鎂金屬離子的浸出液；步驟3水浸渣礦化 將步驟2得到浸出渣和步驟1得到的氨水混合調成漿料，在一定溫度下向漿料中通入二氧化碳，反應一段時間后，漿料經固液分離，得到富含碳酸鈣的礦化渣和富含硫酸銨的礦化母液1；步驟4浸出液中鈦鋁離子分步沉淀 將步驟1得到的氨水加入步驟2得到的浸出液中，控制pH，使浸出液中的鈦離子沉淀而鋁鎂離子不沉淀，過濾，得到H2TiO3沉淀渣和富含鋁鎂硫酸鹽和硫酸銨的母液1；向母液1中加入步驟1得到的氨水，控制pH，使母液1中的鋁離子沉淀而鎂離子不沉淀，過濾后得到Al(OH)3沉淀渣和富含硫酸鎂和硫酸銨的母液2；步驟5 富鎂溶液礦化 將步驟1得到的氨水加入到步驟4得到的母液2中，同時通入二氧化碳，反應一段時間，漿料經固液分離，得到碳酸鎂礦化渣和富含硫酸銨的礦化母液2；步驟6硫酸銨循環 將步驟3得到的礦化母液1和步驟5得到的礦化母液2混合，經蒸發濃縮、冷卻、結晶，得到的固體硫酸銨，用于步驟1，實現了硫酸銨的完全循環利用。2.步驟7煅燒，將步驟4得到的H2TiO3、Al(OH)3沉淀分別進行煅燒得到TiO2和Al2O3。3.根據權利要求...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李春，汪霖，劉維燥，梁斌，岳海榮，胡金鵬，呂莉，謝和平，
申請(專利權)人：四川大學，
類型：發明
國別省市：四川;51
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