电炉钛渣氧化--还原浸出除杂制备富钛料的研究

摘要

钛铁矿电炉熔炼生产的钛渣占到富钛料的70％以上，主要因其工艺流程短、产能大，三废量小，在国内外得到广泛应用。但钛渣杂质含量高，不能满足氯化法生产钛白对原料的要求，需对钛渣进行富集提纯。 本文以攀钢电炉钛渣为原料，综合运用冶金热力学和动力学原理及扫描电镜、X-射线衍射、X-射线荧光光谱、粒度分析仪等现代检测技术手段，对攀钢电炉钛渣的矿物学特征及氧化-还原、酸浸、碱浸行为进行了系统研究，开发出了基于氧化-还原改变钛渣矿物结构，酸浸、碱浸除杂制备富钛料的新工艺。论文主要结论如下: (1)攀钢电炉钛渣TiO2的含量为72.84％，Fe、Si、Mg、Al、Ca等杂质含量较高，其中CaO+MgO达6.99％。主要物相为黑钛石和硅酸盐，硅酸盐呈长条状嵌布在黑钛石中。黑钛石化学组成为:(Fe0.143Mn0.020Mg0.171)·(Ti1.212Al0.184)2O5，杂质Mg、Al、Fe、Mn主要固溶在黑钛石中。 (2)钛渣氧化焙烧研究表明，1000℃氧化焙烧，低价Ti氧化为TiO2，低价Fe氧化为Fe2O3、Fe2TiO5。主要物相组成为:Fe2TiO5-MgTi2O5固溶体、金红石、硅酸盐、SiO2、赤铁矿。SEM和XRD分析表明，高温氧化破坏了黑钛石的结构，部分硅酸盐分解生成游离态SiO2，Fe在钛渣颗粒边缘有明显汇聚。 (3)钛渣氧化动力学表明，钛渣氧化过程符合未反应核模型。695K～800K，钛渣氧化过程受界面化学反应控制;800K～1050K，为界面化学反应和内扩散混合控制;1000K～1200K，氧化作用受氧通过产物层的扩散过程控制。 (4)氧化钛渣还原焙烧研究表明，还原温度低于800℃，物相组成为:金红石、FeTi2O5-MgTi2O5固溶体、SiO2、硅酸盐;还原温度在800℃～900℃，物相组成为:金红石、钛铁矿、FeTi2O5-MgTi2O5固溶体、SiO2、硅酸盐;还原温度高于900℃，物相组成为:金红石、黑钛石、SiO2、硅酸盐。还原气氛下，赤铁矿与金红石可生成钛铁矿。氧化钛渣还原焙烧浸出除杂，能明显提高TiO2品位。CO还原预氧化钛渣，酸浸除杂，TiO2品位可提高到87％;碳粉还原预氧化钛渣，酸浸、碱浸除杂，TiO2品位可提高到90％以上。 (5)还原钛渣的酸浸研究表明，加压酸浸，TiO2的品位可提高到85％左右，表明FeTiO3和FeTi2O5-MgTi2O5中Fe、Mg及固溶的杂质可溶于盐酸。酸浸除杂最佳的实验条件为:盐酸浓度20％（质量分数），液固比8∶1，酸浸温度165℃，浸出时间9h，钛渣平均粒度120μm。杂质浸出率由高到低的顺序为:Fe2O3＞MgO＞MnO＞Al2O3＞CaO＞SiO2，Fe2O3、MgO的浸出率均高于70％，MnO、Al2O3、CaO的浸出率高于50％，SiO2的浸出率低于5％，酸浸对除SiO2的效果不好。物相分析表明，酸浸钛渣主要物相为:金红石、硅酸盐和SiO2。 (6)酸浸钛渣碱浸研究表明，常压碱浸，可以有效的破坏硅酸盐结构，溶出钛渣中的Si、Al，将钛渣的品位提高到90％以上，且(CaO+MgO)％＜1.5％。碱浸钛渣经酸洗后，TiO2品位可提高到95％左右，CaO+MgO低于1％的优质富钛料。物相分析表明，碱浸钛渣主要物相为金红石。 (7)钛渣氧化-还原浸出除杂制备优质富钛料新工艺，可以高效利用攀钢电炉钛渣制备TiO2含量＞95％、粒度适宜的优质富钛料。工艺过程可实现废酸的循环利用，对环境污染小。

目录

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摘要

1．1钛资源概况

1．2钛资源的分布

1．2．1世界钛资源分布

1．2．2中国钛资源分布

1．3钛工业概况

1．4富钛料的生产现状

1．4．1电炉熔炼法

1．4．2还原锈蚀法

1．4．3盐酸浸出法

1．4．4硫酸浸出法

1．5钛渣的金红石化研究现状

1．5．1选择性析出

1．5．2硫酸化焙烧-浸出

1．5．5钠法焙烧-浸出

1．5．6酸碱联合法

1．5．7氢化-还原-浸出

1．6研究目的

1．7研究内容

2．1前言

2．2实验方法

2．2．1实验设备

2．2．2实验试剂

2．2．3实验方法

2．3钛渣的工艺矿物学

2．3．1钛渣的粒度分析

2．3．2钛渣的化学组成

2．3．3钛渣的物相组成

2．3．4钛渣的元素分布特性

2．4本章小结

第3章钛渣的氧化焙烧行为研究

3．1前言

3．2实验方法

3．2．1实验设备

3．2．2实验试剂

3．2．3实验方法

3．3钛渣氧化焙烧的化学反应及热力学计算

3．3．1钛渣的氧化热力学分析

3．3．2焙烧温度对钛渣重量的影响

3．3．3氧化焙烧对钛渣物相的影响

3．3．4氧化钛渣的显微形貌及元素分布

3．4钛渣氧化焙烧动力学研究

3．4．1动力学研究方法

3．4．2动力学分析方法

3．4．3钛渣氧化动力学分析

3．5本章小结

第4章氧化钛渣还原焙烧行为研究

4．1前言

4．2实验方法

4．2．1实验设备

4．2．2实验试剂

4．2．3实验方法

4．3氧化钛渣还原焙烧的化学反应及热力学计算

4．3．1还原焙烧热力学分析

4．3．2还原温度对钛渣物相组成的影响

4．3．3还原钛渣显微形貌

4．4碳热还原预氧化钛渣

4．4．1还原温度对浸出除杂效果的影响

4．4．2还原时间对浸出除杂效果的影响

4．4．3配碳量对浸出除杂效果的影响

4．5 C0还原预氧化钛渣

4．5．1还原温度对浸出除杂效果的影响

4．5．2还原时间对浸出除杂效果的影响

4．6本章小结

第5章氧化-还原钛渣酸浸行为研究

5．1前言

5．2实验方法

5．2．1实验设备

5．2．2实验试剂

5．2．3实验方法

5．3氧化-还原钛渣酸浸研究

5．3．1盐酸浓度对除杂效果的影响

5．3．2酸浸时间对除杂效果的影响

5．3．3液固比对除杂效果的影响

5．3．4酸浸温度对除杂效果的影响

5．3．5钛渣粒度对除杂效果的影响

5．4氧化-还原钛渣酸浸理论分析

5．4．1氧化-还原钛渣酸浸过程热力学

5．4．2酸浸钛渣的物相组成

5．4．3酸浸钛渣的形貌及元素分布

5．5本章小结

第6章酸浸钛渣碱浸行为研究

6．1前言

6．2实验部分

6．2．1实验设备

6．2．2实验试剂

6．2．3实验方法

6．3酸浸钛渣的碱浸除杂试验研究

6．3．1 NaOH浓度对除杂效果的影响

6．3．2碱浸时间对除杂效果的影响

6．3．3碱浸温度对除杂效果的影响

6．4酸浸钛渣的碱浸理论分析

6．4．1碱浸除杂过程S i、Al溶出反应机理

6．4．2碱浸钛渣的物相组成

6．4．3碱浸钛渣的形貌及元素分布

6．5碱浸钛渣酸洗除杂

6．6本章小结

第7章钛渣氧化-还原浸出除杂工艺流程

第8章结论

参考文献

致谢