一種用含鈦高爐渣制備多孔材料的方法及含鈦多孔材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用含鈦高爐渣制備多孔材料的方法，以含鈦高爐渣和水泥為基本原料，加入添加劑和激發(fā)劑后攪拌，然后加入發(fā)泡劑；所述水泥為普通硅酸鹽水泥，含鈦高爐渣和水泥的質(zhì)量比例為2-5：5-8；添加劑為淀粉和碳酸鋰；發(fā)泡劑為H2O2，激發(fā)劑為高錳酸鉀。本發(fā)明綜合考慮了含鈦高爐渣化學(xué)組成的特點(diǎn)，將其替代部分水泥，通過加入添加劑對(duì)基本原料進(jìn)行調(diào)試，調(diào)節(jié)原料、添加劑、激發(fā)劑和發(fā)泡劑的配比含量，使得發(fā)泡速度與基體凝結(jié)時(shí)間相匹配，制備出孔徑小于1mm，氣泡分布均勻的低密度高強(qiáng)度的含鈦多孔材料。本發(fā)明工藝流程短，設(shè)備簡(jiǎn)單，易操作，可充分利用工業(yè)固廢含鈦高爐渣，且得到的產(chǎn)品應(yīng)用范圍廣，附加值高，且對(duì)環(huán)境有保護(hù)作用。
【專利說明】一種用含鈦高爐渣制備多孔材料的方法及含鈦多孔材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及礦渣的綜合利用領(lǐng)域，具體涉及一種利用高爐渣制備材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中國(guó)鈦儲(chǔ)量豐富，居世界首位，但是其中90%左右的鈦元素以釩鈦磁鐵礦的形式存在于中國(guó)西南部攀枝花-西昌地區(qū)。釩鈦磁鐵礦為多金屬共生礦，目前鈦資源的利用率比較低，只有約12%左右。
[0003]通過選礦流程，f凡欽磁鐵礦原礦中50%左右的欽兀素進(jìn)入鐵精礦。進(jìn)一步處理鐵精礦，可用于提取其中的鐵，釩，鈦等有價(jià)元素。目前，中國(guó)主要使用高爐流程處理鐵精礦。通過高爐流程可有效提取鐵精礦中的鐵和釩，而鈦元素則進(jìn)入高爐渣，形成中國(guó)特有的含鈦高爐渣，其二氧化鈦含量約為22wt%-25wt%。此外，還有一種處理鐵精礦的方法為直接還原煉鐵，其主要產(chǎn)物是直接還原鐵和高鈦電爐渣，其二氧化鈦含量約為50%左右。兩種含鈦爐渣中的二氧化鈦含量都比較高，是品位較高的人造鈦資源。
[0004]但是由于含鈦高爐渣化學(xué)成分復(fù)雜，渣中的鈦元素廣泛分散于多種含鈦礦物相中(鈣鈦礦、富鈦透輝石、攀鈦透輝石、尖晶石和碳氮化鈦等)，這些導(dǎo)致采用常規(guī)選礦方法分離回收鈦會(huì)比較困難。直到今天，中國(guó)攀枝花已累積含鈦高爐渣7千多萬噸，且仍以每年300多萬噸的速度遞增。長(zhǎng) 期堆放、存量巨大的含鈦高爐渣不僅占用了大量寶貴的土地資源，會(huì)帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題，更重要的是造成了鈦資源的巨大浪費(fèi)。如能有效利用含鈦高爐渣中的二氧化鈦，制備出高附加價(jià)值的含鈦多孔材料，將為我國(guó)鈦工業(yè)的發(fā)展開辟新的出路。
[0005]上世紀(jì)七十年代開始，國(guó)內(nèi)科技工作者為了從含鈦高爐洛中提取有價(jià)元素鈦，先后開展了大量的研究工作，歸納總結(jié)如下:
[0006]( I)碳化-磁選-鹽酸浸除雜工藝富集碳化鈦研究。對(duì)高爐渣進(jìn)行碳(氮)化處理，磁選后鹽酸浸出分選除雜富集碳化鈦。可兼顧提鈦與渣的綜合利用，有一定產(chǎn)業(yè)化前景，但三廢量大，能耗高，產(chǎn)業(yè)化難度大。
[0007](2)制取鈦白和中品位人造金紅石研究。以攀鋼高爐渣為原料，硫酸常壓水解制取了焊條級(jí)、搪瓷級(jí)、顏料級(jí)鈦白粉，其殘?jiān)捎糜谒嗌a(chǎn)，同時(shí)進(jìn)行了制取人造金紅石的實(shí)驗(yàn)室小試。由于各項(xiàng)指標(biāo)均不夠理想，發(fā)展前景不大。
[0008](3)熔融電解硅-鈦(招)合金工業(yè)性試驗(yàn)研究。利用攀鋼高爐渣研制鈦硅合金，以及配一定三氧化二鋁進(jìn)行熔融電解制備成硅-鈦-鋁中間合金，但成本高，實(shí)際用渣量太少。
[0009](4)高溫碳化一低溫氯化制取四氯化鈦一殘?jiān)扑喙に囇芯?。含鈦高爐渣在13000C -1600°C的電爐內(nèi)熔融還原碳化制取碳化渣，在282°C _714°C的范圍內(nèi)氯化制取四氯化鈦，氯化殘?jiān)扑?。該工藝流程短、分離效率高，可兼顧提鈦與渣的綜合利用。但是，工藝過程復(fù)雜,生成成本偏高。
[0010](5)硫酸法提取二氧化鈦研究。用硫酸浸取高爐渣，經(jīng)過水解、萃取、沉淀等生產(chǎn)出鈦白粉，并得到硫酸鋁銨或三氧化二鋁、氧化鎂等副產(chǎn)物，此技術(shù)路線鈦的回收率達(dá)73.4%。但該工藝流程長(zhǎng)，三廢量大，工藝很不經(jīng)濟(jì)，產(chǎn)業(yè)化前景不明朗。
[0011]總結(jié)可知，由于鈣鈦礦中TiO2的理論含量只有58%，且鈣鈦礦的密度與玻璃相相近導(dǎo)致后續(xù)分離存在困難，難以進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。所以含鈦爐渣的開發(fā)利用雖然已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，但還存在經(jīng)濟(jì)效益差、規(guī)模利用小以及二次污染嚴(yán)重等問題。
[0012]多孔材料是一種由相互貫通或封閉的孔洞構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的材料。由于其獨(dú)有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其具有低密度、低導(dǎo)熱和高比表面積的特點(diǎn)，所以多孔材料具有廣泛的應(yīng)用范圍。早在多年前的古埃及金字塔中就已經(jīng)使用了木制建材，在羅馬時(shí)代軟木就被用作酒瓶的瓶塞。二到了近代，人們便開始嘗試自己制造多孔材料，其中最簡(jiǎn)單的是由大量相似的棱形孔洞組成的蜂窩狀材料，可用作輕質(zhì)構(gòu)件。更常見的是高分子泡沫材料，其用途廣泛，可用于小到隨處可見的咖啡杯，大到飛機(jī)坐艙的減震墊。現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展使得金屬、陶瓷、玻璃等材料也能像聚合物那樣發(fā)泡。這些新型泡沫材料正逐漸地被用作絕緣、緩沖、吸收沖擊能量的材料，從而發(fā)揮了其由多孔結(jié)構(gòu)決定的獨(dú)特的綜合性能。
[0013]由于鈦及其金屬氧化物具有硬度大、耐熱、抗腐蝕性、質(zhì)量輕等特點(diǎn)，在宇航、化工、民用等多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，開發(fā)利用高爐渣中鈦金屬具有較好的應(yīng)用前景，這不僅有效利用渣中所含的有價(jià)金屬，避免了金屬資源浪費(fèi)，同時(shí)解決了由于高爐渣大量堆放造成的環(huán)境污染問題。
[0014]因此，采用含鈦高爐渣代替部分水泥制備高性能高附加價(jià)值的多孔材料變得至關(guān)
重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明目的是針對(duì)本領(lǐng)域中的含鈦廢渣利用不充分、污染環(huán)境等問題，提出一種用含鈦高爐渣制備多孔材料的方法。
[0016]本發(fā)明的另一目的是提出制備所得到的含鈦多孔材料。
[0017]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為:
[0018]一種用含鈦高爐渣制備多孔材料的方法，其以含鈦高爐渣和水泥為基本原料，加入添加劑和激發(fā)劑后，按照水膠比0.40-0.55加入水，攪拌，然后加入發(fā)泡劑；
[0019]所述水泥為普通硅酸鹽水泥，所述含鈦高爐渣和水泥的質(zhì)量比例為2-5:5-8 ;所述添加劑為淀粉、蛋白質(zhì)、皂角甙、阿拉伯膠中的一種，和碳酸鋰、鋁酸鈉、無水硫酸鈉中的一種；本制備方法采用化學(xué)發(fā)泡法，所述的發(fā)泡劑為H2O2，激發(fā)劑為高錳酸鉀。
[0020]其中，所述含鈦高爐渣主要成分為TiO2:20wt%-25wt%, CaO:22-29wt%, SiO2:22-26wt %，Al2O3: 16-19wt %。
[0021]通常，含鈦高爐渣中還含有MgO:7~9wt%、Fe203:0.22-0.44wt%，及其他微量元素，如S，Mn, V等。
[0022]其中，所述淀粉占基本原料質(zhì)量的1%~3%，碳酸鋰占基本原料質(zhì)量的0.35%~
0.5%。
[0023]其中，所述H2O2用量為基本原料質(zhì)量的0.3-2.0%。
[0024]其中用量為基本原料質(zhì)量的0.2-0.6%0。
[0025]優(yōu)選地，所述H2O2以l_30wt%水溶液形式加入；所述高錳酸鉀以0.5-2wt%水溶液形式加入。
[0026]進(jìn)一步地，本發(fā)明提出的方法中，加入發(fā)泡劑之后將混合物料放入模具，在含水率80-98%的養(yǎng)護(hù)箱中放置20-30小時(shí)。
[0027]優(yōu)選地，所述養(yǎng)護(hù)箱中溫度為20_30°C。
[0028]本發(fā)明所述的方法制備得到的多孔材料。
[0029]本發(fā)明的有益效果:
[0030]本發(fā)明綜合考慮了含鈦高爐渣本身的化學(xué)組成的特點(diǎn)，將其替代部分水泥,通過加入添加劑對(duì)基本原料進(jìn)行調(diào)試，調(diào)節(jié)原料、添加劑、激發(fā)劑和發(fā)泡劑的配比含量，嚴(yán)格控制制備過程的每個(gè)環(huán)節(jié)，使得發(fā)泡速度與基體凝結(jié)時(shí)間相匹配，從而制備出孔徑小于1_，氣泡分布均勻的低密度高強(qiáng)度的含鈦多孔材料。本發(fā)明工藝流程短，設(shè)備簡(jiǎn)單，易操作，可充分利用工業(yè)固廢含鈦高爐渣，且得到的產(chǎn)品應(yīng)用范圍廣，附加值高，且對(duì)環(huán)境有保護(hù)作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明方法的流程圖。
[0032]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的多孔材料的照片。
[0033]圖3是本發(fā)明實(shí)施例2制備得到的多孔材料的照片。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面以優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)一步說明。
[0035]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，以下實(shí)施例只用來說明本發(fā)明，而不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0036]實(shí)施例1
[0037]本實(shí)施例的含鈦高爐渣取自攀鋼煉鐵廠的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。
[0038]將含鈦高爐渣(主要成分為=SiO2含量為24.26wt%，CaO含量為26.86wt%，Al2O3含量為13.04wt%, MgO含量為6.93wt%，TiO2含量為22.58wt%)、普通硅酸鹽水泥(CaO:42.2wt%,Si02:25.94wt%, Al2O3:10.46wt%,MgO:8.42wt%, Fe2O3:1.71wt%,S:1.18wt%)以0.4:0.6的比例充分混合作為基本原料。
[0039]按照淀粉占基本原料質(zhì)量的1%,碳酸鋰占基本原料質(zhì)量的0.5%,將添加劑淀粉(普通淀粉)和碳酸鋰、激發(fā)劑(濃度為lwt%的高錳酸鉀水溶液，高錳酸鉀水溶液占基本原料質(zhì)量的0.014%)和定量(即按水膠比0.55)的水充分混合后，與基本原料進(jìn)行攪拌混合90s。采用濃度為30wt%的雙氧水溶液為發(fā)泡劑，雙氧水溶液占基本原料質(zhì)量的3.5%。將發(fā)泡劑加入到混合料中，進(jìn)行高速攪拌(攪拌速度180r/min，攪拌時(shí)間30s、攪拌設(shè)備:水泥攪拌機(jī))混合后注入事先抹好油的模具中。在25°C、90%含水率的養(yǎng)護(hù)箱中靜養(yǎng)24h后脫模，得到含鈦多孔材料。該材料的形貌照片如圖2。
[0040]實(shí)施例2
[0041]本實(shí)施例使用的含鈦高爐渣取自攀鋼煉鐵廠的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。
[0042] 將含鈦高爐渣(主要成分為=SiO2含量為24.26wt%，CaO含量為26.86wt%，Al2O3含量為13.04wt%, MgO含量為6.93wt%，TiO2含量為22.58wt%)、普通硅酸鹽水泥(CaO:42.2wt%,Si02:25.94wt%, Al2O3:10.46wt%,MgO:8.42wt%, Fe2O3:1.71wt%,S:1.18wt%)以0.4:0.6的比例充分混合作為基本原料。
[0043]將添加劑淀粉和碳酸裡、(淀粉占基本原料質(zhì)量的0.4%,碳酸裡占基本原料質(zhì)量的0.5%)、激發(fā)劑(濃度為lwt%的高錳酸鉀水溶液，高錳酸鉀水溶液占基本原料質(zhì)量的
0.14%)，按水膠比0.55和水充分混合后，與基本原料進(jìn)行攪拌混合90s。采用濃度為30wt%的雙氧水溶液為發(fā)泡劑，雙氧水溶液占基本原料質(zhì)量的3.5%。將發(fā)泡劑加入到混合料中，進(jìn)行高速攪拌(攪拌速度180r/min，攪拌時(shí)間30s、攪拌設(shè)備為水泥攪拌機(jī))混合后注入事先抹好油的模具中。在25°C、90%含水率的養(yǎng)護(hù)箱中靜養(yǎng)24h后脫模，得到含鈦多孔材料，形貌圖如圖3。
[0044]實(shí)施例3
[0045]本實(shí)施例的含鈦高爐渣取自攀鋼煉鐵廠的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。
[0046]將含鈦高爐渣(主要成分為=SiO2含量為24.26wt%，CaO含量為26.86wt%，Al2O3含量為13.04wt%, MgO含量為6.93wt%，TiO2含量為22.58wt%)、普通硅酸鹽水泥(CaO:42.2wt%,Si02:25.94wt%, Al2O3:10.46wt%,MgO:8.42wt%, Fe2O3:1.71wt%,S:1.18wt%)以0.5:0.5的比例充分混合作為基本原料。
[0047]按照阿拉伯膠占基本原料質(zhì)量的1%，鋁酸鈉占基本原料質(zhì)量的0.5%，將添加劑阿拉伯膠和鋁酸鈉、激發(fā)劑(濃度為lwt%的高錳酸鉀水溶液，高錳酸鉀水溶液占基本原料質(zhì)量的0.014%)和定量(即按水膠比0.55)的水充分混合后，與基本原料進(jìn)行攪拌混合90s。采用濃度為30wt%的雙氧水溶液為發(fā)泡劑，雙氧水溶液占基本原料質(zhì)量的3.5%。其他步驟同實(shí)施例1。
[0048]表1:含鈦多孔材料的技術(shù)參數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種用含鈦高爐渣制備多孔材料的方法，其特征在于，以含鈦高爐渣和水泥為基本原料，加入添加劑和激發(fā)劑后，按照水膠比0.40-0.55加入水，攪拌，然后加入發(fā)泡劑； 所述水泥為普通硅酸鹽水泥，所述含鈦高爐渣和水泥的質(zhì)量比例為2-5:5-8 ;所述添加劑為淀粉、蛋白質(zhì)、皂角甙、阿拉伯膠中的一種，和碳酸鋰、鋁酸鈉、無水硫酸鈉中的一種；所述的發(fā)泡劑為H2O2，激發(fā)劑為高錳酸鉀。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述含鈦高爐渣主要成分為TiO2:20wt%-25wt%, CaO:22-29wt%, SiO2:22-26wt%, Al2O3:16-19wt%0
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述淀粉占基本原料質(zhì)量的1%~3%，碳酸鋰占基本原料質(zhì)量的0.35%~0.5%。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述H2O2用量為基本原料質(zhì)量的0.3_2.0%。
5.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述高錳酸鉀用量為基本原料質(zhì)量的0.2-0.6%0。
6.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述H2O2以1_30被％水溶液形式加入；所述高錳酸鉀以0.5-2wt%水溶液形式加入。
7.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，加入發(fā)泡劑之后將混合物料放入模具，在含水率80-98%的養(yǎng)護(hù)箱中放置20-30小時(shí)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述養(yǎng)護(hù)箱中溫度為20-30°C。
9.權(quán)利要求1-8任一所述的方法制備得到的多孔材料。
【文檔編號(hào)】C04B28/08GK103922787SQ201410100211
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】王習(xí)東, 冀如, 趙大偉, 王紹鑫 申請(qǐng)人:北京大學(xué)