攀钢含钛高炉渣中钛组分的高温富集与浮选分离工艺研究

摘要

攀钢含钛高炉渣中 TiO2含量一般为18％-25%，弥散分布于各种含钛矿物之中，常规选矿方法很难将钛组分有效回收。随着“选择性析出”技术的提出，为含钛高炉渣中钛组分浮选回收提供了新思路。本论文对含钛高炉渣工艺矿物学、钛组分选择性富集与析出、改性渣中主要矿物可浮性及与浮选药剂作用机理、改性渣浮选工艺等进行了研究。
　　（1）钛组分选择性富集与析出
　　原渣中主要矿物为钙钛矿、钛辉石及镁铝尖晶石，化学组分主要为CaO、SiO2和 TiO2， TiO2含量为19.35%。将钙钛矿作为富集相时，根据CaO-SiO2-TiO2三元相图重心理论，若保持w(SiO2))/w(TiO2)不变，加入2.54%的CaO可为钙钛矿的富集与析出创造条件。原渣与 CaO混匀后，经1025℃预氧化30 min得到预氧化渣，该过程可将对熔渣黏度和熔化温度影响较大的TiN、TiC及 Ti(C,N)等氧化，增加了原渣的氧势，进而使低价钛转变为高价钛，从而有利于钙钛矿晶体生长。
　　预氧化渣与1.0%的Fe2O3在1470℃下熔融40 min，并以0.5℃/min降至1320℃恒温90 min，最终获得的改性渣中钙钛矿明显富集与析出，晶粒大小为63.17μm、结晶率为30.62%，主要呈排列整齐的十字状、粒状及串珠状等。改性渣中钙钛矿之所以呈此状排列，是因为当原渣组分被调整并辅以适宜的热处理制度时，钙钛矿因熔点较高率先析出并发生细微晶体融合，导致钙钛矿周围 Ca2+、TiO32-浓度降低而生长受限；随着熔渣温度降低，晶体只有穿过 Ca2+、TiO32-贫化层才能继续生长，则在生长受限处形成缩颈；因为颈缩处曲率半径较小，表面张力作用使其熔点降低，易于重熔而变得更细；曲率半径较大的枝晶比较稳定，缩颈熔化产生的离子向其扩散，使之长大、变粗。
　　（2）矿物可浮性及药剂作用机理
　　钙钛矿表面Ti、Ca含量基本相当；钛辉石和镁铝尖晶石表面Al的含量均较高；在纯水条件下，钙钛矿、钛辉石及镁铝尖晶石的零电点分别为pH=5.6、4.3和2.9。
　　油酸钠（NaOL）对钙钛矿、钛辉石和镁铝尖晶石的选择性和捕收能力较差；十二烷基硫酸钠（SLS）的捕收能力较强而选择性较差；辛基异羟肟酸（OHA）对三种矿物表现出一定的捕收能力和选择性。以OHA为捕收剂时，水玻璃的选择性抑制效果较好，其次是草酸，CMC的选择性抑制效果较差。人工混合矿浮选试验表明，OHA浮选体系下获得的精矿TiO2品位为33.57%、回收率为49.53%，效果优于NaOL及SLS；当加入抑制剂水玻璃后，最终获得了TiO2品位为39.44%，回收率为50.19%的钙钛矿精矿。
　　酸性条件下，OHA主要与钙钛矿表面Ti、钛辉石表面Al及镁铝尖晶石表面 Mg、Al发生化学吸附作用；在碱性条件下，OHA与钙钛矿表面 Ti和Ca、钛辉石表面 Ca、Mg及镁铝尖晶石表面 Mg、Al发生化学吸附作用。在酸性条件下，水玻璃在钙钛矿表面的吸附作用较弱，但易吸附于钛辉石及镁铝尖晶石表面，阻碍了 OHA与钛辉石和镁铝尖晶石作用，起到选择性抑制作用。
　　（3）改性渣中钙钛矿的浮选分离
　　改性渣原渣矿浆浓度为20%、调浆3 min后，矿浆pH值高达12.61，此时游离氧化钙含量为0.55%。以H2SO4为调整剂、OHA为捕收剂，改性渣粗选时H2SO4消耗量高达16.31 kg/t，且矿浆pH难以调控，也未能取得较好的浮选指标，精矿的SEM及EDX分析结果表明，各矿物表面覆盖有针状硫酸钙，因而造成捕收剂无选择性。经盐酸处理后的改性渣粗选试验结果表明， OHA用量为100 g/t，水玻璃用量为500 g/t，硫酸用量为100 g/t时，获得的精矿TiO2品位为29.74%，回收率为49.95%。
　　虽经盐酸处理后精矿品位有所提升，但并未达到显著效果，且产生的含酸废水还需进一步处理。因此，探索改性渣中钙钛矿浮选分离新工艺，对含钛高炉渣中钛组分的有效回收有一定的指导意义。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 钛资源概述

1.3 含钛高炉渣研究现状

1.4 本论文的课题来源、研究意义、内容及目标

2 试验样品、试剂、仪器及研究方法

2.1 试验矿样及制备

2.2 试验仪器及试剂

2.3 研究方法

3 钛组分的高温富集研究

3.1 引言

3.2 含钛高炉渣工艺矿物学特征

3.3 钛组分高温富集

3.5 本章小结

4 矿物表面性质及可浮性研究

4.1 引言

4.2 矿物晶体结构及表面性质

4.3 矿物可浮性

4.4 人工混合矿浮选试验

4.5 本章小结

5 矿物与药剂作用机理研究

5.1 OHA与矿物的作用机理

5.2 水玻璃与矿物作用机理

5.3 本章小结

6 改性渣选矿试验

6.1 改性渣性质

6.2 改性渣浮选试验

6.3 酸洗改性渣浮选试验

6.4 本章小结

7 结论及展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果

（一）发表的学术论文

（二）参与的科研项目