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高钛型高炉渣是我国攀西地区特有的二次资源,其大量堆积在占用土地,污染环境的同时,还可能引发潜在的自然灾害,最重要的是造成其中多种有价组分的严重浪费。本文以攀钢高钛型高炉渣为原料,在其化学组成、物相分析及微区成分与形貌等矿物学研究的基础上,提出高钛型高炉渣“先富集钛,再提取钛”的研究思路,在富集阶段,先通过湿式弱磁选对渣中的铁矿物进行回收,再以硫酸铵为助剂对高钛型高炉渣进行硫化焙烧-水浸处理,提取其中的铝和镁等有价组分。研究硫化焙烧条件和水浸条件对铝和镁组分浸取率的影响,确定了最佳工艺条件,揭示了高钛型高炉渣硫化焙烧反应机理。经硫化焙烧-水浸处理后,有价组分钛主要向水浸残渣中富集,进而得到高钛型高炉渣富钛产物,采用稀硫酸酸解法对高钛型高炉渣富钛产物进行酸解,提取其中的钛组分,研究酸解条件对钛浸取率的影响,确定了最佳酸解条件,并对高钛型高炉渣富钛产物酸解过程进行了分析。最后,从高钛型高炉渣资源化属性、工艺可行性和环境效益等方面对整个工艺技术进行了评价。 研究表明:攀钢高钛型高炉渣主要化学组成为CaO、SiO2、TiO2、Al2O3等,其中TiO2的含量达到20.23%;主要矿物组成为钙钛矿、透辉石和镁铝尖晶石等,铁矿物主要以金属铁的形式分散在透辉石和钙钛矿等矿物颗粒中,主要富钛矿物为钙钛矿和透辉石。采用阶段磨矿-阶段弱磁选工艺回收高钛型高炉渣中的铁矿物,可获得铁精矿品位为63.5%,回收率为64.2%的选矿指标。采用硫化焙烧-水浸工艺可使炉渣中87.4%的Al2O3和90.6%的MgO浸出,通过分步沉淀法可实现浸取液中铝离子与镁离子的有效分离,制备相应的化工产品。在焙烧过程中,钙钛矿和透辉石中的金属氧化物与硫酸铵分解产物(NH4)3H(SO4)2反应形成CaSO4,而其中的SiO2和TiO2组分不与[SO4]2-产生反应,主要以非晶态形式存在;(NH4)3H(SO4)2与镁铝尖晶石中的Al2O3反应形成(NH4)3Al(SO4)3,进一步形成NH4Al(SO4)2和Al2(SO4)3。在提取铝和镁组分的同时,钛组分向水浸残渣中富集,形成含TiO2超过35%的富钛产物,富钛产物中钛组分主要以无定型水合氧化钛和钙钛矿两种形式存在。采用稀硫酸酸解法实现了90%以上TiO2组分的提取,得到了较高纯度的酸解钛液,并成功制备了氧化钛粉体。酸解过程中,无定型水合氧化钛最先溶出,其次是钙钛矿,最后是部分透辉石的酸解,酸浸残渣中TiO2残留量仅为1.96%。 “弱磁选除铁-硫化焙烧、水浸提取铝和镁-酸浸提钛”工艺实现了高钛型高炉渣中多种有价组分的提取和回收,制备了相应的化工产品,资源化利用率较高,工艺可行性强。同时,工艺中助剂硫酸铵可以循环利用,既节省成本,又有效减了工艺对环境的负荷,达到高钛型高炉渣生态化利用的目的,具有较高的经济效益与环境效益。