江瑩(江漢大學(xué)文理學(xué)院生物與環(huán)境工程學(xué)部，湖北 武漢 430000)

0 引言

鈦石膏是采用硫酸法生產(chǎn)鈦白粉時(shí)，為治理酸性廢水，加入石灰(或電石渣)以中和大量的酸性廢水而產(chǎn)生的以二水石膏為主要成分的廢渣，采用填埋堆放方式處理，占用大量土地，浪費(fèi)大量的耕地資源，且污染環(huán)境[1,2]。

本文主要通過(guò)除去鈦石膏中雜質(zhì)，制備二水硫酸鈣含量高的鈦石膏，提高其再利用價(jià)值。氧化鐵是影響鈦白石膏的最常見(jiàn)的雜質(zhì)，還原漂白的處理氧化鐵廣泛有效。還原漂白即是用還原劑將三價(jià)鐵還原成易溶于水的二價(jià)鐵，洗滌過(guò)濾除去，從而達(dá)到除鐵提高白度的目的。本文采用連二亞硫酸鈉在酸性環(huán)境中漂白鈦白石膏[3]，其漂白原理如下：

Fe2O3+Na2S2O4+3H2SO4→2FeSO4+2SO2+Na2SO4+3H2O

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料及試劑

本試驗(yàn)所用的試樣為取自武漢某鈦白粉有限公司的鈦白廢酸和鈦白石膏。鈦白石膏除鐵試驗(yàn)所用到的試驗(yàn)設(shè)備：離心沉淀機(jī)，磁力攪拌電熱套，電子天平，架盤(pán)藥物天平，超聲波清洗機(jī)，旋片式真空泵，偏光顯微鏡，pH 毫伏臺(tái)式測(cè)量計(jì)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

鈦白石膏除鐵試驗(yàn)所用到的試驗(yàn)設(shè)備：粒度分析，采用GSL-101B 激光粒度分析儀，取Dv50 值；SEM，采用日本電子株式會(huì)社生產(chǎn)的真空形貌式電子顯微鏡(JSM-5610LV 型)觀察樣品的表面形貌；顯微鏡分析，采用LV100pol 顯微鏡對(duì)鈦白石膏顆粒的大小進(jìn)行觀測(cè)；白度儀，采樣高新自動(dòng)化儀器表公司的DN-B 型。

1.3 鈦石膏成分分析

取某廠鈦石膏原樣，進(jìn)行XRD 表征、白度及粒度測(cè)試，對(duì)鈦石膏原樣成分進(jìn)行探討，進(jìn)一步確認(rèn)其成分和所含雜質(zhì)的情況。

1.4 鈦石膏除鐵試驗(yàn)流程

本試驗(yàn)將對(duì)影響鈦白石膏含鐵量的因素進(jìn)行正交試驗(yàn)。討論影響鈦白石膏含鐵量因素為：礦漿pH，反應(yīng)時(shí)間，Na2S2O4用量。通過(guò)正交試驗(yàn)確定影響因素的最佳條件，制備高價(jià)值的鈦石膏。技術(shù)路線如圖1。

圖1 鈦白石膏還原除鐵法技術(shù)路線圖

試樣加水配成一定濃度的礦漿，在磁力攪拌的作用下，先加一定量配好的硫酸調(diào)節(jié)礦漿pH 值，然后加入一定量的連二亞硫酸鈉，反應(yīng)一段時(shí)間以后，礦漿經(jīng)蒸餾水洗滌并離心，1000ml 布氏漏斗抽濾，60℃烘干，得到樣品。

1.5 表征手段

XRD 測(cè)試采用Rigaku D/Max2rA衍射儀(Cu 靶,Kα 輻射,λ=0.154 056 nm)，掃描范圍3°～70°；粒度分析，采用GSL-101B 激光粒度分析儀，取Dv50 值；SEM，采用日本電子株式會(huì)社生產(chǎn)的真空形貌式電子顯微鏡(JSM-5610LV 型)觀察樣品的表面形貌；顯微鏡分析，采用LV100pol 顯微鏡對(duì)鈦白石膏顆粒的大小進(jìn)行觀測(cè)；白度儀，采樣高新自動(dòng)化儀器表公司的DN-B 型。

2 結(jié)果與討論

2.1 鈦石膏成分表征結(jié)果

對(duì)某工廠鈦石膏原樣進(jìn)行XRD 測(cè)試，結(jié)果如圖2。

圖2 鈦石膏原樣X(jué)RD衍射圖譜

由圖2 可知，D 所表示的峰是CaSO4·2H2O 的特征峰，F(xiàn) 所表示的峰是Fe(OH)3的特征峰。對(duì)比二水石膏標(biāo)準(zhǔn)卡片PDF70-0982，說(shuō)明鈦石膏中主要成分為CaSO4·2H2O。含有Fe(OH)3雜質(zhì)，確定鈦石膏中有Fe(OH)3存在，且含量較高。

2.2 正交試驗(yàn)

鈦石膏除鐵的主要因素為連二亞硫酸鈉用量、礦漿pH值，針對(duì)這三個(gè)因素選用L9(33)正交試驗(yàn)表[4]，正交表頭設(shè)計(jì)見(jiàn)表1 所示。

表1 因素水平表

鈦石膏除鐵正交試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示，顯微鏡掃描結(jié)果如圖2 所示。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果表

根據(jù)極差分析可得，RA>RB>RC，以白度作為度量標(biāo)準(zhǔn)，影響鈦石膏除鐵效果主次因素為：連二亞硫酸鈉用量>礦漿pH>反應(yīng)時(shí)間，連二亞硫酸鈉用量的控制對(duì)最終產(chǎn)品白度起主要作用。

由表2 可知，在A2B2C3 條件下，即pH 為1.5，連二亞硫酸鈉用量為1.2g/5g，漂白時(shí)間60min 時(shí)，白度到達(dá)最高為61.8%，這與原礦白度17.8%相比，效果十分明顯。

由圖3 明顯看出，圖3-a 中存在大量細(xì)小類(lèi)似鐵紅的物質(zhì)，其粒徑非常小，存在于整個(gè)鈦石膏中，除鐵后的顯微鏡照片圖3-b 明顯較干凈。說(shuō)明本試驗(yàn)方法對(duì)鈦石膏除鐵取得一定效果。

另外，對(duì)原樣與正交試驗(yàn)的最佳樣品分別進(jìn)行粒度分析，原樣鈦石膏平均粒度為Dv50=4.51μm，除鐵后鈦石膏顆粒粒徑有所增長(zhǎng)為Dv50=9.54μm。由圖3 亦反映鈦石膏顆粒粒徑的增長(zhǎng)，這是由于鐵雜質(zhì)的除去，有利于CaSO4·2H2O 再生長(zhǎng)[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

圖3 鈦石膏顯微鏡照片(a：原樣；b：正交試驗(yàn)最佳樣品)

本文通過(guò)對(duì)鈦石膏除鐵的正交試驗(yàn)，確定影響因素的主次：連二亞硫酸鈉用量>礦漿pH>反應(yīng)時(shí)間；正交試驗(yàn)最佳條件：pH 為1.5，連二亞硫酸鈉用量為1.2g/5g，漂白時(shí)間60min 時(shí)，白度到達(dá)最高為61.8%。處理后的鈦石膏顏色呈灰白色，粒徑較大，易脫水及進(jìn)行后續(xù)回收加工再利用。

[1]許平，林海，邢喜峰，賈秀明.鈦白粉廠酸性廢水處理的試驗(yàn)研究.工業(yè)水處理,2007，27 (7)：53-55.

[2]王建偉，任秀蓮，魏琦峰，等.鈦白廢酸的綜合利用研究現(xiàn)狀[J].無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2009，41(9)：4-7.

[3]魏紹東,馮圣君,魏艷.鈦白廢酸的治理與濃縮綜述[J].無(wú)機(jī)鹽工業(yè),2007,39(2)：15-17.

[4]劉國(guó)燕,吳汝范,曾育民.硫酸法鈦白水解廢酸的濃縮[J].礦冶工程,1998,18(1)：53-56,59.

[5]侯太鵬.高嶺土除鐵增白試驗(yàn)研究[J].非金屬礦,2001,24(4)：32-35.