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        用廢鹽酸從改性高鈦渣中浸出鈦的試驗(yàn)研究

        2014-10-24 03:02:44張風(fēng)平徐本軍黃彩娟
        濕法冶金 2014年4期
        關(guān)鍵詞:改性影響質(zhì)量

        張風(fēng)平,徐本軍,黃彩娟

        (貴州大學(xué) 材料與冶金學(xué)院,貴州 貴陽 550003)

        納米二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N新型抗紫外線劑、光催化劑、光電效應(yīng)劑等在氣體凈化、抗菌防毒、脫臭、水處理、防污、汽車面漆耐候抗老化方面有廣闊的應(yīng)用前景[1-2]。高鈦渣是電爐熔煉鈦精礦時的主要副產(chǎn)品,主要物相有金紅石、黑鈦石固溶體、塔基石固溶體和硅酸鹽玻璃體等。酸解高鈦渣可以獲得鈦鹽溶液,酸解方法主要有硫酸法[3]和鹽酸法[4-5],其中鹽酸法對原料品位要求較高,多采用加壓條件,對設(shè)備腐蝕也較大。試驗(yàn)研究了在常壓下用廢鹽酸直接浸出高溫焙燒改性的高鈦渣,以充分利用廢鹽酸并從高鈦渣中浸出鈦。

        1 試驗(yàn)部分

        1.1 原料及設(shè)備

        試驗(yàn)所用的酸溶性高鈦渣的主要成分見表1。廢鹽酸濃度為 3.6mol/L,為工業(yè)廢酸。Na2CO3為分析純試劑。

        表1 酸溶性高鈦渣主要化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

        試驗(yàn)所用主要設(shè)備有PL2002電子天平,DF-101Z集熱式恒溫加熱磁力攪拌器,真空抽濾機(jī),烘箱,220-AC電子萬用電爐,TAS-986原子吸收分光光度計(jì)。

        1.2 試驗(yàn)原理與方法

        高鈦渣的物相主要為TiO2與Fe、Ca、Si等雜質(zhì)組成的黑鈦石固溶體,其物相組成較復(fù)雜,即使在較高溫度下也很難溶于鹽酸。將高鈦渣按1∶0.7的質(zhì)量比加入改性劑,然后在850℃下焙燒3h,可以將黑鈦石中的大部分TiO2、Fe轉(zhuǎn)化為不同形式的鈦酸鹽及鐵酸鹽,這兩種物質(zhì)在一定溫度下可溶于鹽酸[6];高鈦渣中沒有發(fā)生改性反應(yīng)的部分TiO2在浸出后與SiO2一起富集于浸出渣中。

        浸出過程中發(fā)生的主要反應(yīng)如下:

        稱取焙燒后的改性渣20g,倒入裝有一定體積的廢鹽酸的燒瓶中,一定溫度下浸出一定時間后過濾,對濾渣洗滌、烘干,測定鈦質(zhì)量分?jǐn)?shù),計(jì)算鈦浸出率。

        2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

        2.1 廢酸濃度對鈦浸出率的影響

        試驗(yàn)條件:浸出溫度為60℃,浸出時間為4h,鈦渣粒度200目,固液質(zhì)量體積比為1∶6。廢酸質(zhì)量濃度對鈦浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

        圖1 廢鹽酸濃度對鈦浸出率的影響

        由圖1看出:隨鹽酸濃度升高,鈦浸出率生高;鹽酸濃度高于3.6mol/L后,鈦浸出率變化不大。酸濃度增大至一定程度后不再對化學(xué)反應(yīng)有影響,而工業(yè)廢鹽酸的濃度一般為3.6mol/L左右,所以,確定浸出鈦的適宜的鹽酸濃度為3.6 mol/L。

        2.2 溫度對鈦浸出率的影響

        廢鹽酸濃度為3.6mol/L,浸出時間為4h,高鈦渣粒度為200目,固液質(zhì)量體積比為1∶6,浸出溫度對鈦浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

        圖2 溫度對廢鹽酸浸出鈦的影響

        由圖2看出,溫度對鈦的浸出影響較大:低溫時,隨溫度升高,鈦浸出率增大;當(dāng)溫度提高至70℃后,隨溫度再升高,鈦浸出率反而下降。這是因?yàn)楦男愿哜佋峤膺^程中還伴隨鈦鹽的水解反應(yīng),隨溫度升高,鈦鹽的水解反應(yīng)加劇,使溶解的鈦又沉淀到渣中,造成鈦浸出率降低。適宜的溫度確定為70℃。

        2.3 浸出時間對鈦浸出率的影響

        廢鹽酸濃度為3.6mol/L,溫度為70℃,鈦渣粒度為200目,固液質(zhì)量體積比為1∶6,浸出時間對鈦浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示??梢钥闯觯鰰r間在1~4h范圍內(nèi),鈦浸出率變化不大,浸出3h時,鈦浸出率最高為95.86%。綜合考慮,確定浸出時間以3h為宜。

        圖3 浸出時間對鈦浸出率的影響

        2.4 鈦渣粒度對鈦浸出率的影響

        廢鹽酸濃度為3.6mol/L,溫度為70℃,浸出時間為3h,固液質(zhì)量體積比為1∶6,鈦渣粒度對鈦浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

        圖4 鈦渣粒度對鈦浸出率的影響

        由圖4看出,隨鈦渣粒度減小,鈦浸出率顯著升高。因?yàn)辂}酸分解高鈦渣屬于固-液反應(yīng),反應(yīng)發(fā)生在固體顆粒表面,隨顆粒粒度減小,顆粒比表面積增大,反應(yīng)幾率增大,鈦浸出率提高;但顆粒粒度太小,對磨礦等預(yù)處理的要求就會提高,而且生產(chǎn)成本增大:所以,顆粒粒度以200目為宜,此時鈦浸出率為94%左右。

        2.5 液固體積質(zhì)量比對鈦浸出率的影響

        廢鹽酸濃度為3.6mol/L,溫度為70℃,浸出時間為3h,鈦渣粒度為200目,液固體積質(zhì)量比對鈦浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示??梢钥闯觯弘S液固體積質(zhì)量比增大,鈦浸出率提高;液固體積質(zhì)量比增大至5∶1后,鈦浸出率變化不明顯。當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時,液固體積質(zhì)量比較小的體系中鹽酸的量較低,反應(yīng)程度也較低;而液固體積質(zhì)量比提高至一定程度后,鹽酸的量不再對反應(yīng)有控制性影響,所以鈦浸出率變化不大。綜合考慮。較適宜的液固體積質(zhì)量比確定為5∶1。

        圖5 液固體積質(zhì)量比對鈦浸出率的影響

        3 結(jié)論

        高鈦渣通過改性焙燒,其中的鈦物相金紅石及黑鈦石固溶體轉(zhuǎn)化成鈦酸鈉和鐵酸鈉等,這些物質(zhì)易于用熱鹽酸浸出。高鈦渣改性焙燒時須添加改性劑,其與高鈦渣的配比為0.7∶1,最佳焙燒溫度為850℃,焙燒時間為3h。改性高鈦渣用廢鹽酸浸出,最佳條件下,鈦浸出率可達(dá)95.5%,浸出效果較好。

        [1]趙巍,李強(qiáng).2011年中國鈦礦及海綿鈦市場概述[J].鈦工業(yè)進(jìn)展,201l,28(6):5-8.

        [2]王向東,逯福生,賈翔,等.2010年中國鈦工業(yè)發(fā)展報(bào)告[J].鈦工業(yè)進(jìn)展,201l,28(4):1-6.

        [3]孫康.鈦提取冶金物理化學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001:24-25.

        [4]鄧科.鹽酸法鈦白粉的工藝研究[J].中國氯堿,2013,49(7):23-31.

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        [6]徐本軍,張瑩,唐道文,等.酸溶性鈦渣改性條件與機(jī)制研究[J].濕法冶金,2013,32(3):172-174.

        [7]鄧科,唐勇,孫永貴,等.氯化法鈦白粉的生產(chǎn)工藝與技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].中國氯堿,2012(1):23-26.

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