[发明专利]一种含钛高炉渣矿化二氧化碳联产TiO2、Al2O3的方法

说明书

技术领域

本发明属于CO₂减排及固废资源化利用领域，具体涉及利用含钛高炉渣矿化封存二氧化碳同时生产高附加值钛、铝氧化物的方法。

背景技术

自工业革命以来，化石燃料的大量使用导致大气中CO₂浓度急剧升高，由此引发的温室效应造成了全球海平面上升，干旱、洪涝和极端严寒天气频繁出现，对地球生态和人类生活造成了巨大危害。目前中国已经成为全球最大的碳排放国家，中国政府面临国际社会巨大的减排压力。基于我国“富煤、缺油、少气”的能源结构以及非化石能源占比低的现状，末端减排是维持我国经济中高速发展条件下实现CO₂大规模减排的现实选择。目前，CCUS技术（二氧化碳的捕集、利用与封存）是最主要的末端减排策略，在全球正得到广泛的研究与试验。但是，单纯的封存过程经济性差，如果在封存过程能够副产附加值高的化学品或（和）对外输出能量，则过程经济性将会显著提高。基于此，四川大学提出了CO₂矿化利用的学术思想，将CO₂作为一种资源，在利用自然界丰富的含钙镁的硅酸盐或硅铝酸盐矿物矿化固定CO₂同时，提取其中伴生的高附加值化学组分，将矿化反应低位化学能加以利用或转变为电能输出，同步完成CO₂减排、资源（能源）开发与有用化学品生产多重任务，可以实现有盈利条件下的CO₂减排。钛作为一种重要的战略资源，广泛应用于航空航天、化工、冶金等领域。中国钛资源丰富，储量约占世界总储量的30%，主要蕴藏在四川攀枝花-西昌地区及河北承德的钒钛磁铁矿中。但是，我国目前钛资源利用率很低。在钒钛磁铁矿选矿过程中，大约有54%的钛进入到铁精矿，随后进入高炉冶炼，形成含钛高炉渣。我国每年大约要排放两千万吨TiO₂含量为8～25%的高炉渣，大量含钛高炉渣堆积如山，不仅占用了大量的土地，造成钛资源的浪费，而且污染环境。

对含钛高炉渣利用的报道很多，比如中国专利CN 1746126A公开了利用电磁波对含钛高炉渣进行辐射，然后用硫酸对其进行选择性酸解、水解、煅烧等工艺制得富钛料的方法；中国专利CN 86108511A公开了用硫酸法浸出含钛高炉制备钛白粉工艺；中国专利CN 200810011305.7公开了采用含钛高炉渣和硫酸铵等原料焙烧制备植物肥料的方法，但是焙烧过程挥发的氨气有没有回收利用，污染环境，同时肥料的附加值低；中国专利CN101988158A公开了一种含钛废渣（实际上就是含钛高炉渣）的综合利用方法：(1)将含钛废渣与硫酸铵、硫酸钾在200~500℃下焙烧，得到块状固体和氨气；(2)将上述块状固体水浸、过滤得到滤液和水浸渣，水浸渣用于作水泥添加剂；(3)将氨气通入滤液中，控制pH值分别为1.8~3.5、5.8~7.5，将钛、铝分别以水合二氧化钛和氢氧化铝沉淀的形式回收。该方法存在的主要问题是：①水浸渣主要成分为硫酸钙和二氧化硅，而水泥制品对于硫含量有着严格的限制，因此，水浸渣难以利用；②由于水浸渣中包含了大量硫酸根，意味着焙烧过程中产生氨气的量远大于流程中用于钛铝沉淀所需氨气，因此，此工艺必然副产大量氨水，储运困难。

发明内容

针对现有含钛高炉渣资源化利用技术以及CO₂矿化封存技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种反应条件温和、工艺简单、能高效回收含钛高炉渣中高附加值钛铝组分，并同时利用含钛高炉渣中大量的钙镁离子（含钛高炉渣中平均CaO+MgO≥30%）矿化固定CO₂的方法，实现含钛高炉渣各组分的原子经济利用，显著地提高了过程的经济性。

本发明的具体工艺步骤如下：

1、含钛高炉渣焙烧

将粒度为45-150μm含钛高炉渣粉料和硫酸铵按质量比为1:4～15混合均匀，在250～450℃下焙烧30~240min，反应后得到块状焙烧渣和尾气，尾气中的的氨气用水吸收并浓缩成浓氨水。

2、焙烧渣水浸

将步骤1得到的焙烧渣采用水浸出，浸出条件为：温度40～75℃，时间30～240min，液固比（g/g）为1:1～6:1，浸出毕，过滤，得到富含硫酸钙的浸出渣和富含钛铝镁金属离子的浸出液

3、水浸渣矿化

将步骤2得到的水浸渣和步骤1得到的氨水混合成浆料，控制水浸渣中硫酸钙与氨的摩尔比为1:2，通入二氧化碳进行反应，在30～60℃下反应30~200min，过滤，得到富含碳酸钙的矿化渣和富含硫酸铵的矿化母液1。

4、浸出液中钛铝离子分步沉淀