含钛原料的处理制造技术

一种有利于去除含钛原料中的杂质，例如放射性核素，如铀和钍，和／或其一种或多种放射性核素子体的方法，该方法包括含钛原料在所选择的高温度下与一种或多种试剂接触，以提高含钛原料中至少一种放射性核素子体的可达性。试剂（或多种）可以是一种生成玻璃的试剂，并经选择以便在高的温度下生成一种相，它分散在含钛原料的表面并混入放射性核素和一种或多种放射性核素子体、含钛原料可以是如钛铁矿、还原钛铁矿、蚀变钛铁矿或人造金红石。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种有利于除去含钛原料中的杂质，尤其不仅是放射性核素如铀和钍而且还有它们的放射性核素子体的方法。本专利技术还涉及有关从风蚀或“蚀变”钛铁矿和由该钛铁矿生成的产物中除去铀和钍的特殊实施方案。钛铁矿(FeTiO3)和金红石(TiO2)是钛金属和二氧化钛生产主要的有重要工业化价值的矿物原料。虽然钛铁矿和金红石总是不变地作为“矿砂”或“重质矿物”(以及锆石(ZrSiO4)和独居石((Ce、La、Th)PO4)的成分在自然界共生，但是钛铁矿通常还是最丰富的。天然风蚀的钛铁矿导致铁部分氧化，铁原来在钛铁矿中以亚铁态(Fe2+)存在，后氧化成铁离子(Fe3+)，为了维持电中性，一些被氧化的铁肯定从钛铁矿的晶格中被除去，结果造成钛含量更高的(铁含量较低)多孔结构。这种风蚀的物质称为“蚀变”钛铁矿，并且TiO2含量有可能超过60%，与化学计算量的(未蚀变)钛铁矿52.7%TiO2相比。随着钛铁矿风蚀或蚀变进行，杂质如硅酸铝(粘土)经常以分散的小颗粒进入孔结构，以致存在于蚀变钛铁矿的孔内。在这个过程中，似乎铀和钍也能进入钛铁矿的孔中。世界上大多数开采的钛铁矿都用于生产二氧化钛颜料以供油漆和造纸工业使用。颜料级TiO2的传统生产方法是通过钛铁矿与浓硫酸反应随后加工生产成TiO2颜料-所谓硫酸盐路线。然而，由于产生大量的酸性废液，基于环境理由这种方法日益变得不受欢迎。另外的方法-所谓氯化物路线-包括与氯反应产生挥发性的四氯化钛，随之氧化成TiO2。不同于硫酸盐路线，氯化物路线能处理(如金红石)矿石TiO2含量高而铁和别的杂质含量低的原料。由于氯化物路线，几乎没有环境问题因而成为TiO2颜料生产的优选方法。还有另一方面，硫酸盐路线仅能生产TiO2颜料，而氯化物路线则可生产钛金属和TiO2颜料两种。天然金红石的供应不能充分满足世界上氯化物路线方法的需求。因此越来越需要将大量的钛铁矿和蚀变钛铁矿(TiO2典型含量为45-65%)转化成为人造金红石(含TiO2超过90%)。为将钛铁矿提高到人造金红石，已开发出许多不同的方法，应用最广泛的、具有工业价值的是Becher法。Becher法包括在高温的还原窑炉内还原钛铁矿(最好是蚀变钛铁矿)中的铁成为金属铁而得到所谓还原钛铁矿，然后在曝气器中氧化金属铁成为很细的氧化铁，它可用物理方法与富含钛的粗粒分离，后者形成人造金红石。通常产品要经稀硫酸浸出。向还原炉加硫以利于通过生成在酸浸时可除去的锰和残余的铁杂质硫化物而将它们除去。如此生产的富含钛的人造金红石通常含TiO2＞90%。不管钛铁矿是作原料还是作为提高质量的(增值的)人造金红石销售，都越来越要求生产者在他们的产品中要满足有关放射性元素铀和钍浓度的更加严格的标准。由于Becher人造金红石法未能显著减少产品中铀和钍的含量，所以目前要求开发除去钛铁矿和其它含钛原料(例如人造金红石)中的铀的钍的方法。由于独居石的沾污经常使钛铁矿精矿含较低含量的钍。除去含钛原料中肉眼可见的独居石颗粒不是本专利技术的目的，更确切地说本专利技术的目的是除去原来在风蚀过程中进入钛铁矿颗粒的微观铀和钍。以前澳大利亚专利申请14980/92和14981/92中分别公开了，用含可溶性氟化物的酸处理或用碱后再用酸处理从含钛原料可以除去铀和钍，然而，尽管这些处理的确除去了含钛原料中的铀和钍，但现在发现该原料的放射性并没有降到由钍和铀含量降低所希望的程度。进一步的研究表明所以这样是因为以前的处理主要除去母体铀和钍的同位素，而放射性核素子体没有去除到同等程度。这一发现是令人惊奇的，因为所观察到的不同行为与通常在其它领域内用浸出处理放射性材料所观察到的相反，通常放射性核素子体能同样被除去或者较母体更容易除去。更具体地说，对于232Th链，我们发现没有哪种子体能和母体232Th以相同程度地被除去。这一观察结果表明，在232Th转变成其中间子体228Ra之后或其转变，一个过程由于发生了，由上述专利申请描述的方法将228Ra及其所有子体，其中包括228Th除去要比其母体232Th更不容易达到。这个结论为所述观察结果证实。即将上述方法用于蚀变钛铁矿石后，往往发现228Th同位素与228Ra处于平衡，而不是与232Th处于平衡。如果228Th和232Th同位素处于相同的物理环境下，在化学处理过程中它们的行为应该是相同。令人惊奇地发现，根据本专利技术优选的第一方面，可将热处理应用于含钛原料，以便有效提高后续处理过程的放射性核素和/或至少一种放射性核素子体的可达性，不管这些内容在澳大利亚专利申请14980/92和14981/92或另外的专利中是否描述过。最好，使钍衰变链中的母体同位素，如232Th及其放射性核素子体，如228Ra和228Th在后续的钍和/或铀除去过程成为基本等同可达的。根据本专利技术的第一方面，可提供一种有利于去除含钛原料的放射性核素的方法，该方法包括加热含钛原料的步骤，以达到给其后续去除过程有效提高至少一种放射性核素子体的可达性。放射性核素可以是钍和/或铀和/或其一种或多种放射性核素子体。加热温度最好超过500℃。的确发现在第一个温度范围内，如介于500℃-1000℃之间，除去放射性核素子体(如228Th)提高了，但除去母体(例如232Th)却降低了。在第二个温度范围内，如1000℃-1300℃，尤其是在或高于1200℃时，母体和子体放射性核素的去除都得到改善且除去程度相近，当用更高的温度时，如1400℃，总去除是高的，且证明同样去除母体和子体放射性核素，因此达到良好降低放射性的目的。对于化学或物理去除方法来说，可优化加热步骤，并且可以在氧化或还原气氛，或其两者的组合，在任何合适的炉、加热炉或反应器中进行加热。将会懂得优选的加热条件取决于后续去除步骤的方法。发现澳大利亚专利申请14980/92和14981/92中描述的方法，在去除钛铁矿石中的铀和/或钍方面比Becher法生产的人造金红石更加有效。目前我们还发现在Becher处理之前，按本专利技术第一方面热处理钛铁矿石，使人造金红石产品中的铀和钍更易于其后浸出。我们进一步发现在Becher处理后热处理人造金红石，也可使铀和钍更易于其后的浸出。在热处理之前，发现钍特别细地分布在蚀变钛铁矿的颗粒中(扫描电镜分辨极限以下)。在按本专利技术第一方面热处理含钛原料至约1200℃或更高温度以后，大小高达数微米的富含钍相在含钛颗粒表面上或其下面能被鉴定出来。钍聚集和浓缩到分散相在钛铁矿和人造金红石都已观察到，通过合适的后续处理能用物理方法(以及化学法)将富含钍相与富含钛相分离。然而，最佳分离富含钍相所要求的温度高于232Th及其子体成为化学分离方法(如浸出)同等可达所必须的温度。按照本专利技术第二方面，含钛原料可经过预处理以有效引起放射性核素和/或一种或多种放射性核素子体聚集或浓缩到可识别的沉积物或相中，由此提高其后放射性核素和子体与原料的分离。按照第二方面，本专利技术提供一种便于从含钛原料去除放射性核素和/或其一种或多种放射性核素子体的方法，该方法包括处理含钛原料以引起放射性核素及其一种或多种放射性核素子体的聚集或浓缩，达到有效提高至少一种放射性核素子体能为其后去除的可达性。放射性核素可以是钍和/或铀和/或其一种或多种放射性核素子体。该处理最好本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有利于去除含钛原料中的放射性核素如铀和钍，和／或其一种或多种放射性核素子体的方法，该法包括含钛原料在所选择的高温下与一种或多种试剂接触，以提高含钛原料中的至少一种放射性核素子体的可达性，所选择的试剂（或多种）在所述高温度下形成相，它分散到含钛原料的表面上并混入放射性核素和所述一种或多种放射性核素子体。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：H阿雷尔，WJ布鲁卡德，DE福里曼，IE格雷，MR霍驰，KJ麦克多纳德，GJ斯帕罗，HR哈里斯，
申请(专利权)人：RGC矿砂有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]