鈦渣制備人造金紅石的研究

鈦渣制備人造金紅石的研究

鈦白粉是世界上最大的白色涂料和重要的精細(xì)化工材料。廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、造紙、紙漿、橡膠、油漆、琺瑯等行業(yè)。其中，涂料廠是鈦白粉的最大用戶。工業(yè)生產(chǎn)鈦白粉的方法主要有硫酸法和氯化法兩種。硫酸法生產(chǎn)鈦白粉的主要弊端是廢物排放量較大。氯化法生產(chǎn)鈦白粉不僅產(chǎn)品質(zhì)量好,而且生產(chǎn)過(guò)程中“三廢”少,容易治理,因此采用氯化法生產(chǎn)鈦白粉是社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì),是中國(guó)鈦工業(yè)的發(fā)展方向。電爐熔煉鈦渣的品位較低,TiO2含量為70%～85%,主要用作硫酸法生產(chǎn)鈦白粉的原料。東北大學(xué)張力等人利用傳統(tǒng)式礦熱爐還原制備的高鈦渣基于“選擇性析出”的原理,通過(guò)預(yù)氧化、加入添加劑及高溫?zé)崽幚淼仁侄胃男?改性渣經(jīng)酸浸分離后,得到的人造金紅石TiO2含量可達(dá)到95%以上。昆明理工大學(xué)針對(duì)攀鋼改性鈦渣物相結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),提出用稀鹽酸選擇性除去雜質(zhì)制備高品質(zhì)富鈦料的技術(shù)路線,并制備出TiO2品位為91.2%,MgO+CaO含量小于1.5%的高級(jí)富鈦料,滿足作為生產(chǎn)氯化法鈦白和海綿鈦的原料要求。本研究是對(duì)鈦渣主要雜質(zhì)元素進(jìn)行深度脫除,達(dá)到提高產(chǎn)品金紅石TiO2品位的目的,并開(kāi)發(fā)一種清潔、優(yōu)質(zhì)的人造金紅石生產(chǎn)工藝,為高效利用鈦渣資源提供適用技術(shù)。2測(cè)試2.1雜質(zhì)的種類試驗(yàn)采用的鈦渣主要化學(xué)成分如表1所示。主要雜質(zhì)為鐵、鋁、鈣、鎂、硅。并對(duì)鈦渣進(jìn)行球磨,粒度為-0.038mm占97%,此粒度鈦渣為堿焙燒條件試驗(yàn)的原料。2.2tio3含量的提高對(duì)磨細(xì)的鈦渣進(jìn)行了堿焙燒—酸浸研究。通過(guò)在高溫下堿性物質(zhì)與含硅礦物的反應(yīng),破壞對(duì)鐵形成包裹的硅酸鹽,改變礦物的性能達(dá)到提高TiO2含量的目的。按鈦渣中鋁和硅的含量計(jì)算理論需要?dú)溲趸c量,按不同摩爾配比量進(jìn)行鈦渣與氫氧化鈉的均勻混合,在高溫電阻爐中控制不同溫度進(jìn)行焙燒。對(duì)焙砂進(jìn)行水浸,脫除雜質(zhì)硅、鋁。主要考察液固比、溫度、時(shí)間等因素的影響,并確定最佳的工藝參數(shù)。對(duì)水浸樣再進(jìn)行鹽酸浸出,脫除鐵、鈣、鎂等雜質(zhì),900℃煅燒后得到TiO2含量高的人造金紅石。試驗(yàn)主要工藝流程見(jiàn)圖1。3試驗(yàn)結(jié)果與分析3.1堿減量對(duì)金紅石產(chǎn)品中ti0的影響對(duì)磨細(xì)的鈦渣進(jìn)行了不同堿量和焙燒溫度的試驗(yàn),焙砂水浸試驗(yàn)條件:液固比4∶1,溫度90℃,時(shí)間2h,固液過(guò)濾分離、漿化洗滌pH8左右,再用鹽酸25%浸出,液固比4∶1,溫度90℃,時(shí)間4h,固液過(guò)濾分離后,漿化洗滌至中性,烘干后在900℃煅燒1h,得到人造金紅石產(chǎn)品。試驗(yàn)條件及結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知,隨著堿量增加,產(chǎn)品中TiO2含量增加比較明顯,鐵的脫除率也增加明顯。同時(shí)焙燒溫度升高,TiO2品位也有所提高。綜合考慮試驗(yàn)選擇4.5倍堿量900℃焙燒2h。3.2水浸因素研究對(duì)磨細(xì)鈦渣在4.5倍堿量900℃焙燒2h后的焙砂,進(jìn)行不同條件的水浸因素研究。過(guò)濾后漿化洗滌至pH8,再用25%工業(yè)鹽酸在液固比為4∶1,溫度90℃,4h浸出,過(guò)濾洗滌至中性,烘干后在900℃煅燒1h,得到人造金紅石產(chǎn)品。3.2.1不同液固比水浸試驗(yàn)固定條件:焙砂浸出溫度90℃,浸出時(shí)間1h,進(jìn)行了不同液固比水浸試驗(yàn)。試驗(yàn)條件及結(jié)果見(jiàn)表3所示。由表3知,液固比小時(shí),相當(dāng)于溶液中堿濃度高,表現(xiàn)為產(chǎn)品中SiO2含量低。綜合考慮各種影響因素,試驗(yàn)選擇液固比為1∶1。3.2.2水浸溫度及水浸溫度對(duì)h固定條件:焙燒樣在液固比1∶1,浸出時(shí)間1h,進(jìn)行了不同水浸溫度試驗(yàn)。試驗(yàn)條件及結(jié)果見(jiàn)表4。由表4知,水浸溫度對(duì)TiO2品位影響不大,綜合考慮各種影響因素,試驗(yàn)選擇在常溫進(jìn)行水浸。3.3鹽酸浸漬脫除鐵鈣鎂的研究對(duì)磨細(xì)的鈦渣,在4.5倍堿量900℃焙燒2h后的焙砂,在液固比1∶1,常溫下水浸1h后,進(jìn)行不同條件的鹽酸浸出脫除鐵鈣鎂的試驗(yàn)研究。浸出樣品過(guò)濾、洗滌、80℃烘干、900℃煅燒1h,得到人造金紅石產(chǎn)品。3.3.1結(jié)果固定條件:酸浸溫度90℃,鹽酸濃度31%,液固比4∶1。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。隨浸出時(shí)間的延長(zhǎng),鐵、硅雜質(zhì)減少,同時(shí)鈦的品位有所提高,酸浸時(shí)間對(duì)鐵含量影響比較大,2h的鐵含量比4h的高一倍,綜合考慮各種影響因素,試驗(yàn)酸浸時(shí)間應(yīng)在4h以上,以保證鐵的脫除率。3.3.2液固比對(duì)tio3含量的影響固定條件:酸浸溫度90℃,浸出時(shí)間4h,鹽酸濃度31%,試驗(yàn)條件及結(jié)果見(jiàn)圖3。隨著液固比的增加,Fe2O3含量減少較明顯,對(duì)TiO2的品位影響不大。綜合考慮各種因素,液固比選擇在4∶1,以保證鐵的脫除率。3.3.3鹽酸對(duì)tio3品質(zhì)的影響固定條件:酸浸溫度90℃,浸出時(shí)間4h,液固比4∶1,具體試驗(yàn)條件及結(jié)果見(jiàn)圖4所示。隨鹽酸濃度增加,TiO2品位的變化不明顯,SiO2含量略有增加,對(duì)Fe2O3的影響較大?？紤]到再生鹽酸濃度為18%,且一段浸出的人造金紅石TiO2含量達(dá)到92%,試驗(yàn)選擇鹽酸濃度為18%。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,可通過(guò)多級(jí)逆流浸出進(jìn)一步降低鹽酸濃度。3.4不同粒度鈦渣礦的鐵去除率優(yōu)化條件為在900℃焙燒2h,焙燒樣在液固比1∶1,常溫下進(jìn)行了1h水浸脫硅,水浸樣在液固比4∶1,鹽酸濃度18%,浸出溫度90℃,浸出時(shí)間4h條件下進(jìn)行了酸浸除雜,酸浸樣洗滌、烘干后,900℃煅燒1h后送樣分析。對(duì)不同粒度的鈦渣礦樣進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果見(jiàn)表5。由表4可知,粒度越細(xì),TiO2的品位越高,鐵去除率也越高,TiO2的品位可達(dá)到92%以上。因此試驗(yàn)要求粒度為-0.038mm占80%左右。3.5煅燒前、后產(chǎn)品對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了900℃煅燒前后的X射線衍射分析,見(jiàn)圖5所示(左圖為煅燒前產(chǎn)品、右圖為煅燒后產(chǎn)品)。譜圖結(jié)果顯示,二者的譜線組合基本上是相同的,均顯示為金紅石型結(jié)構(gòu),但焙燒前的產(chǎn)物結(jié)晶程度很低,譜線很彌散,焙燒后結(jié)晶程度明顯提高,衍射峰非常尖銳。4活性物質(zhì)的水浸脫硅通過(guò)研究得到了鈦渣制備人造金紅石的工藝參數(shù),堿焙燒酸浸出工藝的綜合試驗(yàn)條件為:球磨鈦渣粒度為-0.038mm占80%,在4.5倍(質(zhì)量比41.3