电炉钛渣制备富钛料文章

1电炉钛渣制备富钛料试验研究雷霆1，杨艳华2，周林3，米家蓉3（1．云南冶金集团总公司，云南昆明650031；2．昆明理工大学，云南昆明650093，3．云南冶金集团总公司技术中心，云南昆明650031）[摘要]在综述了目前富钛料的生产方法并提出发展建议，对电炉钛渣的相组成和形成机理、除杂机理进行研究的基础上。本文主要对电炉钛渣制备富钛料进行试验研究。在温度120℃、压力0.2MPa、保压时间2h、碱浓度60g/l～100g/l条件下，通过高压碱浸能破坏钛渣的高温固溶体结构，并选择性地除去部分SiO2和Al2O3等杂质，再对碱浸渣在温度大于80℃、时间2h、酸浓度25g/l条件下，用常压硫酸浸出并洗涤，这样，可将含TiO280~87（%）的电炉钛渣制成含TiO2大于90%的富钛料。本文还探讨了电炉钛渣高压碱浸和常压酸浸的反应机理。[关键词]电炉钛渣；高压碱浸；常压酸浸；富钛料；反应机理ANewTechnologyforPreparingHighTitaniferousSlagfromElectro-TitaniumSlagYangYan-hua1,LeiTing2,MiJia-rong3（1.KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming,Yunnan650093,China；2.YunnanMetallurgyGroupCo.Ltd,kunming,Yunnan650031,China；3.TechnologyCenterofYunnanMetallurgyGroupCo.Ltd,kunming,Yunnan650031,China）[Abstract]ThisexperimentationcandestroythesosloidstructureandselectivelyremoveSiO2andAl2O3intheelectro-titaniumslagbyhighpressuresodiumhydroxideleachingontheconditionthattemperature120℃,pressure0.2MPa,keepingpressuretime2h,sodiumhydroxideconcentration60～100(g/l).ThenhightitaniferousslagofTiO2≥90%waspreparedfromelectro-titaniumslagofTiO280~87（%）byusingsulfuricacidleachingandwashing,ontheconditionthattemperature80℃,time2h,sulfuricacidconcentration25g/l.Atthesametime,reactionmechanismsofhighpressuresodiumhydroxideleachingandnormalpressuresulfuricacidleachingareinvestigated.作者简介：（1964~），2[Keywords]Titaniferousslag；Highpressuresodiumhydroxideleaching；Normalpressuresulfuricacidleaching；Hightitaniferousslag；Reactionmechanism1前言富钛料是生产氯化法高档金红石型钛白粉和海绵钛的主要原料，而海绵钛又是制备金属钛、钛合金和钛材的原材料。钛白粉被认为是目前性能最好的一种白色颜料，是重要的精细化工材料，广泛用于涂料、塑料、造纸、化纤、油墨等行业，其应用比例为：涂料60％、塑料16％、造纸14％、化纤7％、油墨3％，其中涂料工业是钛白粉的最大用户。近10余年来，涂料、塑料、造纸等行业的发展增加了对钛白粉的消耗量，全球的消耗量从1990年的291万吨增加到2004年的426万吨，预计今后仍将以3～5（％）的年均速度增长。氯化法高档金红石型钛白粉一直是我国紧缺的高档精细化工产品。近年来进口量逐年增加，2004年进口量达30万吨。未来2～3年内，国内高档钛白粉市场容量增长速度至少相当于GDP增长速度，更可能达10%以上，大大超过全球平均水平。钛及钛合金的比强度、比刚度高，抗腐蚀、抗疲劳和抗蠕变性能都很好，高温力学性能和接合性能良好，与人体亲和性好，具有优良的综合性能，是一种新型的、很有发展潜力和应用前景的结构材料。目前，钛及其合金主要用于航天、航空、军事、化工、石油、冶金、电力、日用品等工业生产中，近几年的需求量也增长很快，被誉为现代金属。富钛料一般指TiO2含量大于90%的电炉钛渣和人造金红石[1]。目前，我国生产人造金红石的厂家很少，用于高钛渣生产的电炉，熔炼功率小、装备落后、污染严重。由于我国钛精矿品位较低，如从国外引进大功率电炉冶炼钛渣，可以做到装备先进、环境友好、资源利用最大化与环境协调发展，但大功率电炉冶炼钛渣，通常只产出TiO2含量85~87（%）的钛渣，为适应海绵钛和氯化法生产钛白粉对原料的需求，有必要将钛渣进一步除杂，将其含TiO2品位提高到大于90%以上。这样，一是可保证海绵钛和氯化法生产钛白粉的产品质量和技术经济指标，二是保证生产原料的供应不受人造金红石价格和市场的影响。已综述了目前富钛料的生产方法并提出了发展建议[2]，对电炉钛渣的相组成和形成机理、除杂机理进行了研究[3~4]。本文主要对电炉钛渣制备富钛料进行试验研究，在一定条件下，通过高压碱浸破坏钛渣的高温固溶体结构，并选择性地除去部分SiO2和Al2O3等杂质，再对碱浸渣在常压下用硫酸浸出除杂，这样，可将含TiO280~87（%）3的电炉钛渣制成含TiO2大于90%的富钛料。文中已探讨了电炉钛渣高压碱浸和常压酸浸的反应机理。2试验原料、设备及方法2．1试验的主要原料（1）电炉钛渣：某冶炼厂的钛渣产品，其化学成份分析结果见表1，物相分析结果见表2。表1钛渣化学成份分析/%Table1Chemicalcomponentanalysisofelectro-titaniumslag/%成份TiO2CaOMgOSiO2Al2O3FeMn%86.370.051.324.548.202.360.79表2钛渣物相分析/%Table2Phaseanalysisofelectro-titaniumslag/%成份TiO2锐钛矿TiO2金红石Ti3O5(Mg,Fe)Ti2O5Al4Ti2SiO12（Mg,Fe）2SiO4其它%23.123.7843.259.7315.263.861.00（2）NaOH：分析纯，NaOH含量不小于96.00％。（3）硫酸：分析纯，含量95~98（%）。（4）其它：滤纸及其它辅助材料均，洗水和稀释水为自来水。2．2试验主要设备（1）高压釜：FYX2型，搅拌转速为50～1000（r/min），容积2L。（2）电热恒温水浴：六孔型，恒温范围为室温+5℃～沸点，温度波动±1℃。（3）电热鼓风干燥箱：DB－207型。2．3试验方法采用某冶炼厂的电炉钛渣为原料，由于电炉钛渣直接采用酸浸（高压或者常压）均不能使钛渣的TiO2含量提高到大于90%[4]，因此在酸浸之前先采用高压碱浸工艺，以破坏电炉钛渣的高温固溶体结构并选择性地除去部分SiO2和Al2O3。试验首先用高压釜进行高压碱浸，滤渣用电热鼓风干燥箱干燥10h，再用常压酸浸除去杂质，最后洗涤反应滤渣，可制得含TiO2含量大于90%的富钛料，其工艺流程见图1。4富钛料图1电炉钛渣制备富钛料工艺流程图Fig1TechnologyflowchartofpreparinghightitaniferousslagfromElectro-titaniumslag3试验结果和讨论3．1高压碱浸试验试验过程中，固定条件是：温度120℃，压力0.2Mpa，恒压时间2h，在不同的碱浓度下进行高压碱浸试验，试验结果见表3。表3高压碱浸试验结果Table3Theresultsofhighpressuresodiumhydroxideleachingexperimentation编号技术条件碱浸渣成分/%以渣计TiO2的回收率/%浓度/g/l温度/℃压力/MPa时间/hTiO2SiO2Al2O3J-1341200.2286.503.427.9599.80J-2571200.2287.093.126.0199.12J-3691200.2287.323.136.2999.79J-4861200.2286.472.965.8298.76J-51031200.2286.842.525.8399.175J-61201200.2286.252.346.1798.76J-71801200.2286.332.806.23100.18试验结果表明：1）高压碱浸去除SiO2等杂质硅效果较好。钛渣经高压碱浸后，其中的SiO2随着NaOH浓度的增加呈有规律的下降趋势，图2绘出了SiO2含量随NaOH浓度的变化曲线。204060801001202.22.42.62.83.03.23.43.6SiO2%NaOHg/l图2NaOH浓度与SiO2含量的关系Fig2EffectofsodiumhydroxideonSiO2content2）高压碱浸能脱除部分Al2O3。只要碱液浓度达60g/l以上，钛渣的Al2O3均在6±%，相对电炉钛渣Al2O38.20%的原值下降了～2.0%，直接脱出率为～25%。3）不同碱浓度条件下，得到的高压碱浸钛渣含TiO2均为87±%，表明高压碱浸不能直接提高钛渣的TiO2品位，因此，高压碱浸之后必须通过常压酸浸进一步除杂。通过试验发现，高压碱浸的NaOH浓度小于120g/l时，碱浸液容易过滤，NaOH浓度达180g/l后，过滤速度较慢，因此60～100（g/l）的碱浓度范围较适宜。3．2钛渣高压碱浸反应机理讨论高压碱浸使用的碱浓度在34~180（g/l），根据化学分析结果得出，最低的碱浓度也使钛渣中的SiO2含量降低了1.12%，Al2O3含量和TiO2的回收率基本未变。随着碱浓度的增高，钛渣中的SiO2、Al2O3含量和TiO2的回收率都呈现降低的趋势。试验结果表明在高温高压状态下，钛渣中的（Mg,Fe）2SiO4首先与NaOH反应，接着Al4Ti2SiO12溶解，生成的偏硅酸钠和铝酸钠进入溶液，生成的正钛酸是两性氢氧化物，它能溶于热的浓碱溶液中，但是试验液的碱浓度不高，而且在过滤时逐渐变冷，所以少量正钛6酸进入溶液，多数正钛酸析出进入渣中。高压碱浸主要反应为：(Mg,Fe)2SiO4+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2(Mg)Fe(OH)2↓………………………………（1）Al4Ti2SiO12+6NaOH+9H2O=2H4TiO4+4NaAl(OH)4+Na2SiO3…………………………（2）3．3碱浸渣常压硫酸浸出试验对不同浓度的高压碱浸渣采用25g/l、50g/l、100g/l的硫酸溶液浸出后，都能使浸出物的TiO2含量大于90%，但随溶液酸度的增高，水洗后的滤渣含TiO2呈下降趋势，TiO2回收率也呈下降趋势。因此对不同碱度的碱浸渣均选用25g/l的硫酸浸出，温度80℃以上，搅拌时间2h，酸浸后均采用3:1水量洗涤滤渣，滤渣送分析，其TiO2含量均大于90%。试验结果见表4。表4碱浸渣常压硫酸浸出试验结果Table3Theresultsofnormalpressuresulfuricacidleachingexperimentation编号Na0H硫酸回收率酸洗渣分析结果（%）g/lg/l%TiO2SiO2Al2O3MgOCaOFeMnS-1342597.2390.812.165.431.39—1.680.45S-2572598.9390.902.526.070.90—1.360.39S-3692599.1390.552.405.721.24—1.750.46S-4862599.4791.041.846.35————S-5