還原焙燒鈦渣制備鈦白及其酸解動力學.pdf

1、二氧化鈦是一種重要的無機化工原料，不僅化學性能和熱穩(wěn)定性良好，而且光學、機械和電學性質(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。
　　我國是世界鈦資源大國，鈦資源儲量位于世界前列，其中90％以上以釩鈦磁鐵礦形式存在。對于釩鈦磁鐵礦的利用，傳統(tǒng)高爐法對釩和鈦利用率較低，無法實現(xiàn)有價金屬的綜合利用，存

2、在著資源浪費、經(jīng)濟效益低等缺點;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，可實現(xiàn)鈦的高效利用。針對此新工藝產(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、時間、液固比、酸濃度等條件對酸解中Ti提取率的影響，優(yōu)化了酸解工藝，同時根據(jù)固體產(chǎn)物層內(nèi)擴散控制模型下的動力學方程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制，初步探索了鹽酸法鈦液水解條件對所得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90％，同時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)擴散控制模型下的動力學方程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)時間的關(guān)系得出焙燒渣在HCl體系中分解動力學方程的各個未知參數(shù)，擬合計算得常壓浸出反應(yīng)過程的表觀活化能Ea=-31.2 kJ/(mol·K)，Ca2+的遷移動力學方程為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圖譜對比及DFT的計算結(jié)果，證明了溶液中的Ti4+以兩個Ti原子的形式穩(wěn)定存在于D2h對稱結(jié)構(gòu)的(Ti2O2)(H2O