還原焙燒鈦渣制備鈦白及其酸解動(dòng)力學(xué).pdf

1、二氧化鈦是一種重要的無機(jī)化工原料，不僅化學(xué)性能和熱穩(wěn)定性良好，而且光學(xué)、機(jī)械和電學(xué)性質(zhì)優(yōu)良，已被廣泛應(yīng)用于化妝品、涂料、塑料、傳感器、支撐材料和催化劑等領(lǐng)域。其中，顏料級(jí)二氧化鈦（鈦白）是目前最優(yōu)良的白色顏料，占白色顏料用量的80％，且鈦資源的80％用于生產(chǎn)鈦白。
　　我國(guó)是世界鈦資源大國(guó)，鈦資源儲(chǔ)量位于世界前列，其中90％以上以釩鈦磁鐵礦形式存在。對(duì)于釩鈦磁鐵礦的利用，傳統(tǒng)高爐法對(duì)釩和鈦利用率較低，無法實(shí)現(xiàn)有價(jià)金屬的綜合利用，存

2、在著資源浪費(fèi)、經(jīng)濟(jì)效益低等缺點(diǎn);近年來提出的直接還原熔分法，經(jīng)過回轉(zhuǎn)窯或轉(zhuǎn)底爐還原、電爐熔分冶煉、轉(zhuǎn)爐提釩等過程處理，可使Fe和V得到充分利用，但熔分渣中的Ti礦相穩(wěn)定，難以利用。本文采用中科院過程工程研究所提出的還原提鐵-鈉化提釩耦合新技術(shù)，處理遼西地區(qū)多金屬共生的低貧釩鈦磁鐵礦，可實(shí)現(xiàn)鈦的高效利用。針對(duì)此新工藝產(chǎn)生的難處理焙燒渣，本文深入研究了該焙燒鈦渣的礦物學(xué)特性，摸索了高效利用此焙燒鈦渣的方法，采用了高壓鹽酸酸浸直接提取Ti資源

3、的新工藝;研究了新工藝中溫度、時(shí)間、液固比、酸濃度等條件對(duì)酸解中Ti提取率的影響，優(yōu)化了酸解工藝，同時(shí)根據(jù)固體產(chǎn)物層內(nèi)擴(kuò)散控制模型下的動(dòng)力學(xué)方程1+2(1-x)-3(1-x)2/3=kt和Arrhenius方程，擬合求得反應(yīng)過程的表觀活化能;研究了模擬鹽酸法鈦液水解過程及其機(jī)制，初步探索了鹽酸法鈦液水解條件對(duì)所得TiO2產(chǎn)品的質(zhì)量的影響。
　　(1)深入研究了還原性焙燒鈦渣的礦物學(xué)特性并用不同方法處理該焙燒鈦渣，結(jié)果表明一步硫酸法

4、及兩步硫酸法的Ti提取率較低;堿脫硅除雜過程中，Si脫除率可達(dá)90％，同時(shí)Ti脫除率低于5％，但使用的高濃度(40wt％)NaOH溶液成本高，因此提出了加壓鹽酸酸浸新工藝。
　　(2)研究了新工藝中各因素對(duì)Ti浸出率的影響，得出最優(yōu)酸解工藝:30wt％鹽酸溶液，反應(yīng)時(shí)間2h，反應(yīng)溫度120℃，反應(yīng)液固比8:1。根據(jù)固體產(chǎn)物層內(nèi)擴(kuò)散控制模型下的動(dòng)力學(xué)方程1+2(1-x)-3(1-x)2/3=kt和Arrhenius方程，利用焙燒渣在

5、不同反應(yīng)溫度下的轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系得出焙燒渣在HCl體系中分解動(dòng)力學(xué)方程的各個(gè)未知參數(shù)，擬合計(jì)算得常壓浸出反應(yīng)過程的表觀活化能Ea=-31.2 kJ/(mol·K)，Ca2+的遷移動(dòng)力學(xué)方程為1+2(1-x)-3(1-x)2/3=11.4e-31.2/RT·t。
　　(3)通過HCl溶液中Ti(Ⅳ)的Raman圖譜對(duì)比及DFT的計(jì)算結(jié)果，證明了溶液中的Ti4+以兩個(gè)Ti原子的形式穩(wěn)定存在于D2h對(duì)稱結(jié)構(gòu)的(Ti2O2)(H2O