本發明屬于含鈦高爐渣資源綜合利用領域，特別涉及一種脫除含鈦高爐渣中硫元素的方法。
背景技術：
含鈦高爐渣是高爐渣冶煉釩鈦磁鐵礦產生的廢固體，普通高爐渣可以用來制作水泥，得到大規模處理。由于含鈦高爐渣中TiO2含量較高，直接用于制作高爐渣水泥，TiO2會降低水泥活性和強度，因此含鈦高爐渣不利于制作水泥，導致大量含鈦高爐渣被廢棄，產生了“堆積如山”的現象，據保守估計含鈦高爐渣已累計生產3.5億噸以上，并且每年都在快速增長，僅河北鋼鐵股份有限公司承德分公司的年產量就高達350-400萬噸，造成含鈦高爐渣的大量堆積，難以消納。含鈦高爐渣廢固的大量排放，不僅占用大面積土地，并且破壞植被、污染土壤和水體，尤其是惡劣氣候條件下會引發泥石流和揚塵等自然災害，加劇了周邊環境的污染，給生產企業增加了占地和環境治理的成本。目前含鈦高爐渣的綜合利用水平較低，僅靠提取Ti元素單一成分，Ti提取率較低，生產成本較高，得不償失，并且在提鈦過程中會產生大量三廢，對環境的污染非常嚴重。
因此，針對含鈦高爐渣生產現狀及存在的問題，應該尋求新的突破，建立含鈦高爐渣資源的無害化處理和資源化綜合利用已迫在眉睫。在鋼鐵產能過剩、環保要求高的當前，作為含鈦高爐渣的生產企業能夠充分利用這一資源，將會為企業帶來新的活力和效益增長點。
含鈦高爐渣中具有較高的CaO、SiO2、Al2O3、MgO和TiO2含量，發現上述氧化物可以返回鋼鐵流程再加以利用，但是由于含鈦高爐渣中S含量非常高，含量在1.0％左右，直接利用含鈦高爐原渣將對鋼水中的S含量控制不利，影響鋼材質量。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種脫除含鈦高爐渣中硫元素的方法，首先將高爐渣中的S脫除，降低高爐渣含量后，再將低硫含鈦高爐渣加以利用，以滿足返回鋼鐵流程的需求，為含鈦高爐渣資源綜合利用提供新的技術方案和奠定基礎。
為了實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：
本發明提供一種脫除含鈦高爐渣中硫元素的方法，該方法包括如下步驟：
含鈦高爐渣冷卻→破碎、研磨→渣水混合→噴吹CO2并加以攪拌→沉淀固液分離→烘干沉淀渣；
其中：含鈦高爐渣的冷卻為緩慢冷卻；噴吹CO2的脫硫反應原理為CaS+CO2+H2O＝H2S+CaCO3。
該方法包括如下具體步驟：
(1)將高爐紅渣排進緩冷渣坑，控制含鈦高爐渣的冷卻速率；
(2)對緩冷高爐渣進行破碎、研磨；
(3)按比例將研磨后的緩冷含鈦高爐渣和水在反應釜內混合；
(4)開啟噴吹CO2流量開關，向渣水混合液內部噴吹CO2氣體；同時，對渣水混合液施加攪拌和溫度控制以提高反應速率和脫硫率；
(5)反應結束后采用沉淀池對渣水混合液進行固液分離；
(6)對濾渣進行烘干。
含鈦高爐渣是高爐渣冶煉釩鈦磁鐵礦產生的固體廢料，其化學成分按質量百分比含有：CaO：31.10-37.70％，SiO2：28.0-32.32％，Al2O3：11.30-13.78％，MgO：8.18-11.77％，TiO2：6.83-10.21％，TFe：0.03-1.29％，S：0.72-1.29％，P＜0.035％。
所述步驟(1)中，高爐渣的冷卻速率為10-80℃/min。
所述步驟(2)中，緩冷高爐渣的研磨粒度為≤0.096mm。
所述步驟(3)中，緩冷含鈦高爐渣與水的渣水重量比為0.10-0.50。
所述步驟(4)中，噴吹CO2流量為10.5-28.0Nm3·h-1·t-1；攪拌強度為50-200r/min；反應溫度為5-90℃；反應時間為60-120min。
所述步驟(6)中，濾渣烘干溫度為≥100℃。
所述步驟(6)中，濾渣烘干溫度為230±20℃。
該方法的脫硫率大于70％。
經該方法處理后得到的低硫含鈦高爐渣硫元素的含量≤0.234％。
與現有技術相比，本發明的有益效果在于：
本發明采用以水溶液為反應介質，以緩冷含鈦高爐渣為原料，噴吹CO2為反應氣體，加以攪拌的情況下脫除緩冷高爐渣中硫元素，可以將含鈦高爐渣中S元素的脫硫率在70.0％以上，使含鈦高爐渣S平均含量降低至≤0.234％，為含鈦高爐渣的后序應用和資源綜合利用奠定了原料基礎。
附圖說明
圖1為本發明噴吹CO2脫除含鈦高爐渣中硫元素的方法的流程圖。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明進行進一步說明。
本發明處理的含鈦高爐渣，是高爐渣冶煉釩鈦磁鐵礦產生的固體廢料，其化學成分按質量百分比表示含有：CaO：31.10-37.70％，SiO2：28.0-32.32％，Al2O3：11.30-13.78％，MgO：8.18-11.77％，TiO2：6.83-10.21％，TFe：0.03-1.29％，S：0.72-1.29％，P＜0.035％。
本發明噴吹CO2脫除含鈦高爐渣中硫元素的方法，以緩冷含鈦高爐渣為原料，以水溶液為介質，噴吹CO2氣體；含鈦高爐渣的脫硫率≥70.0％，脫硫反應原理為CaS+CO2+H2O＝H2S+CaCO3。采用如下工藝路線實現：控制含鈦高爐渣的冷卻速率→含鈦高爐渣的破碎、研磨→渣水混合→噴吹CO2并加以攪拌→沉淀固液分離→烘干沉淀渣。
本發明噴吹CO2脫除含鈦高爐渣中硫元素的方法，包括如下步驟：
(1)將高爐紅渣排進緩冷渣坑，由于不同的冷卻速率導致S的賦存狀態不同，冷卻速率越低越容易形成含S2-的礦物結構，因此控制含鈦高爐渣的緩冷速率以提高含硫礦物中S2-的含量，為提高脫硫率奠定原料基礎；高爐渣的冷卻速率為10-80℃/min；
(2)對緩冷高爐渣進行破碎、研磨；緩冷高爐渣的研磨粒度為≤0.096mm；
(3)按比例將研磨后的緩冷含鈦高爐渣和水在反應釜內混合；渣水重量比為0.10-0.50；
(4)開啟噴吹CO2流量開關，向渣水混合液內部噴吹CO2氣體，此時反應溶液中會產生H+和CO2-3離子，CaS分解為Ca2+和S2-離子，繼而發生反應產生H2S，實現低鈦高爐渣脫硫目的；噴吹CO2流量為10.5-28.0Nm3·h-1·t-1；同時，對渣水混合液施加攪拌和溫度控制以提高反應速率和脫硫率；攪拌強度為50-200r/min；反應溫度為5-90℃；反應時間為60-120min；
(5)反應結束后采用沉淀池對渣水混合液進行固液分離；
(6)對濾渣進行烘干；濾渣烘干溫度為≥100℃。
實施例1——含鈦高爐渣初始S含量為0.70％
工藝步驟如下：
a、采用緩冷的方式對含鈦高爐渣進行冷卻，控制冷卻速率10℃/min；
b、采用研磨機對緩冷含鈦高爐渣研磨，其緩冷高爐渣研磨粒度控制在≤0.096mm；
c、半工業生產實驗稱取400kg緩冷含鈦高爐渣粉末，并按渣水重量比0.33的方案稱取1200kg普通水，并將稱量好的含鈦高爐渣和水裝入2m3反應釜；
d、開啟CO2噴吹系統，CO2流量設置為10.5Nm3·h-1·t-1；控制攪拌強度設置為50r/min；反應釜溫度設定為5℃；噴吹CO2和攪拌的時間達到120min時，關閉氣體和攪拌裝置；
e、將渣水混合物排進沉淀池，使渣水混合物充分沉淀后，排出上方上清液，得到潮濕低硫含鈦高爐渣；
f、將潮濕含鈦高爐渣，放入大型恒溫干燥箱，對含鈦高爐渣進行烘干，為了快速烘干含鈦高爐渣，烘干溫度控制210℃；
烘干后的含鈦高爐渣終點S含量為0.14％，本實施例中含鈦高爐渣的脫硫率為80.0％。
實施例2——含鈦高爐渣初始S含量為0.964％
工藝步驟如下：
a、采用緩冷的方式對含鈦高爐渣進行冷卻，控制冷卻速率57℃/min；
b、采用研磨機對緩冷含鈦高爐渣研磨，其緩冷高爐渣研磨粒度控制在≤0.096mm；
c、半工業生產實驗稱取500kg緩冷含鈦高爐渣粉末，并按渣水重量比0.417的方案稱取1200kg普通水，并將稱量好的含鈦高爐渣和水裝入2m3反應釜；
d、開啟CO2噴吹系統，CO2流量設置為17.6Nm3·h-1·t-1；控制攪拌強度設置為120r/min；反應釜溫度設定為42℃；噴吹CO2和攪拌的時間達到90min時，關閉氣體和攪拌裝置；
e、將渣水混合物排進沉淀池，使渣水混合物充分沉淀后，排出上方上清液，得到潮濕低硫含鈦高爐渣；
f、將潮濕含鈦高爐渣，放入大型恒溫干燥箱，對含鈦高爐渣進行烘干，為了快速烘干含鈦高爐渣，烘干溫度控制225℃。
烘干后的含鈦高爐渣終點S含量為0.213％，本實施例中含鈦高爐渣的脫硫率為77.90％。
實施例3——含鈦高爐渣初始S含量為0.831％
工藝步驟如下：
a、采用緩冷的方式對含鈦高爐渣進行冷卻，控制冷卻速率44℃/min；
b、采用研磨機對緩冷含鈦高爐渣研磨，其緩冷高爐渣研磨粒度控制在≤0.096mm；
c、半工業生產實驗稱取600kg緩冷含鈦高爐渣粉末，并按渣水重量比0.50的方案稱取1200kg普通水，并將稱量好的含鈦高爐渣和水裝入2m3反應釜；
d、開啟CO2噴吹系統，CO2流量設置為23.5Nm3·h-1·t-1；控制攪拌強度設置為150r/min；反應釜溫度設定為14℃；噴吹CO2和攪拌的時間達到100min時，關閉氣體和攪拌裝置；
e、將渣水混合物排進沉淀池，使渣水混合物充分沉淀后，排出上方上清液，得到潮濕低硫含鈦高爐渣；
f、將潮濕含鈦高爐渣，放入大型恒溫干燥箱，對含鈦高爐渣進行烘干，為了快速烘干含鈦高爐渣，烘干溫度控制230℃；
烘干后的含鈦高爐渣終點S含量為0.234％，本實施1中含鈦高爐渣的脫硫率為71.73％。
實施例4——含鈦高爐渣初始S含量為0.970％
工藝步驟如下：
a、采用緩冷的方式對含鈦高爐渣進行冷卻，控制冷卻速率80℃/min；
b、采用研磨機對緩冷含鈦高爐渣研磨，其緩冷高爐渣研磨粒度控制在≤0.096mm；
c、半工業生產實驗稱取200kg緩冷含鈦高爐渣粉末，并按渣水重量比0.17的方案稱取1200kg普通水，并將稱量好的含鈦高爐渣和水裝入2m3反應釜；
d、開啟CO2噴吹系統，CO2流量設置為28.0Nm3·h-1·t-1；控制攪拌強度設置為180r/min；反應釜溫度設定為75℃；噴吹CO2和攪拌的時間達到80min時，關閉氣體和攪拌裝置；
e、將渣水混合物排進沉淀池，使渣水混合物充分沉淀后，排出上方上清液，得到潮濕低硫含鈦高爐渣；
f、將潮濕含鈦高爐渣，放入大型恒溫干燥箱，對含鈦高爐渣進行烘干，為了快速烘干含鈦高爐渣，烘干溫度控制230℃；
烘干后的含鈦高爐渣終點S含量為0.216％，本實施1中含鈦高爐渣的脫硫率為77.73％。
實施例5——含鈦高爐渣初始S含量為0.635％
工藝步驟如下：
a、采用緩冷的方式對含鈦高爐渣進行冷卻，控制冷卻速率18℃/min；
b、采用研磨機對緩冷含鈦高爐渣研磨，其緩冷高爐渣研磨粒度控制在≤0.096mm；
c、半工業生產實驗稱取120kg緩冷含鈦高爐渣粉末，并按渣水重量比0.10的方案稱取1200kg普通水，并將稱量好的含鈦高爐渣和水裝入2m3反應釜；
d、開啟CO2噴吹系統，CO2流量設置為28.0Nm3·h-1·t-1；控制攪拌強度設置為200r/min；反應釜溫度設定為90℃；噴吹CO2和攪拌的時間達到60min時，關閉氣體和攪拌裝置；
e、將渣水混合物排進沉淀池，使渣水混合物充分沉淀后，排出上方上清液，得到脫硫后的潮濕含鈦高爐渣；
f、將潮濕含鈦高爐渣，放入大型恒溫干燥箱，對含鈦高爐渣進行烘干，為了快速烘干含鈦高爐渣，烘干溫度控制250℃；
烘干后的含鈦高爐渣終點S含量為0.160％，本實施1中含鈦高爐渣的脫硫率為74.80％。
通過實施例1-5可以看出，通過上述噴吹CO2脫除含鈦緩冷高爐渣中硫元素工藝，可以將含鈦高爐渣中S元素的脫硫率控制在70.0％以上，平均脫硫率為76.32％，脫硫后含鈦高爐渣S含量均≤0.234％，滿足含鈦高爐渣再次返回鋼鐵流程的需要。