[发明专利]一种用含钛高炉渣制备多孔材料的方法及含钛多孔材料

说明书

技术领域

本发明涉及矿渣的综合利用领域，具体涉及一种利用高炉渣制备材料的方法。

背景技术

中国钛储量丰富，居世界首位，但是其中90%左右的钛元素以钒钛磁铁矿的形式存在于中国西南部攀枝花-西昌地区。钒钛磁铁矿为多金属共生矿，目前钛资源的利用率比较低，只有约12%左右。

通过选矿流程，钒钛磁铁矿原矿中50%左右的钛元素进入铁精矿。进一步处理铁精矿，可用于提取其中的铁，钒，钛等有价元素。目前，中国主要使用高炉流程处理铁精矿。通过高炉流程可有效提取铁精矿中的铁和钒，而钛元素则进入高炉渣，形成中国特有的含钛高炉渣，其二氧化钛含量约为22wt%-25wt%。此外，还有一种处理铁精矿的方法为直接还原炼铁，其主要产物是直接还原铁和高钛电炉渣，其二氧化钛含量约为50%左右。两种含钛炉渣中的二氧化钛含量都比较高，是品位较高的人造钛资源。

但是由于含钛高炉渣化学成分复杂，渣中的钛元素广泛分散于多种含钛矿物相中（钙钛矿、富钛透辉石、攀钛透辉石、尖晶石和碳氮化钛等），这些导致采用常规选矿方法分离回收钛会比较困难。直到今天，中国攀枝花已累积含钛高炉渣7千多万吨，且仍以每年300多万吨的速度递增。长期堆放、存量巨大的含钛高炉渣不仅占用了大量宝贵的土地资源，会带来严重的环境问题，更重要的是造成了钛资源的巨大浪费。如能有效利用含钛高炉渣中的二氧化钛，制备出高附加价值的含钛多孔材料，将为我国钛工业的发展开辟新的出路。

上世纪七十年代开始，国内科技工作者为了从含钛高炉渣中提取有价元素钛，先后开展了大量的研究工作，归纳总结如下：

（1）碳化-磁选-盐酸浸除杂工艺富集碳化钛研究。对高炉渣进行碳（氮）化处理，磁选后盐酸浸出分选除杂富集碳化钛。可兼顾提钛与渣的综合利用，有一定产业化前景，但三废量大，能耗高，产业化难度大。

（2）制取钛白和中品位人造金红石研究。以攀钢高炉渣为原料，硫酸常压水解制取了焊条级、搪瓷级、颜料级钛白粉，其残渣可用于水泥生产，同时进行了制取人造金红石的实验室小试。由于各项指标均不够理想，发展前景不大。

（3）熔融电解硅-钛（铝）合金工业性试验研究。利用攀钢高炉渣研制钛硅合金，以及配一定三氧化二铝进行熔融电解制备成硅-钛-铝中间合金，但成本高，实际用渣量太少。

（4）高温碳化—低温氯化制取四氯化钛—残渣制水泥工艺研究。含钛高炉渣在1300℃-1600℃的电炉内熔融还原碳化制取碳化渣，在282℃-714℃的范围内氯化制取四氯化钛，氯化残渣制水泥。该工艺流程短、分离效率高，可兼顾提钛与渣的综合利用。但是，工艺过程复杂，生成成本偏高。

（5）硫酸法提取二氧化钛研究。用硫酸浸取高炉渣，经过水解、萃取、沉淀等生产出钛白粉，并得到硫酸铝铵或三氧化二铝、氧化镁等副产物，此技术路线钛的回收率达73.4%。但该工艺流程长，三废量大，工艺很不经济，产业化前景不明朗。

总结可知，由于钙钛矿中TiO₂的理论含量只有58%，且钙钛矿的密度与玻璃相相近导致后续分离存在困难，难以进行实际应用。所以含钛炉渣的开发利用虽然已经进行了大量的研究，但还存在经济效益差、规模利用小以及二次污染严重等问题。

多孔材料是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料。由于其独有的结构特点使其具有低密度、低导热和高比表面积的特点，所以多孔材料具有广泛的应用范围。早在多年前的古埃及金字塔中就已经使用了木制建材，在罗马时代软木就被用作酒瓶的瓶塞。二到了近代，人们便开始尝试自己制造多孔材料，其中最简单的是由大量相似的棱形孔洞组成的蜂窝状材料，可用作轻质构件。更常见的是高分子泡沫材料，其用途广泛，可用于小到随处可见的咖啡杯，大到飞机坐舱的减震垫。现代技术的发展使得金属、陶瓷、玻璃等材料也能像聚合物那样发泡。这些新型泡沫材料正逐渐地被用作绝缘、缓冲、吸收冲击能量的材料，从而发挥了其由多孔结构决定的独特的综合性能。

由于钛及其金属氧化物具有硬度大、耐热、抗腐蚀性、质量轻等特点,在宇航、化工、民用等多个领域应用广泛,开发利用高炉渣中钛金属具有较好的应用前景,这不仅有效利用渣中所含的有价金属,避免了金属资源浪费,同时解决了由于高炉渣大量堆放造成的环境污染问题。

因此，采用含钛高炉渣代替部分水泥制备高性能高附加价值的多孔材料变得至关重要。

发明内容

本发明目的是针对本领域中的含钛废渣利用不充分、污染环境等问题，提出一种用含钛高炉渣制备多孔材料的方法。

本发明的另一目的是提出制备所得到的含钛多孔材料。