氫氧化鈉熔鹽分解高鈦渣制備二氧化鈦清潔新工藝的研究.pdf

1、我國(guó)蘊(yùn)藏豐富的鈦資源達(dá)9.65億噸(以TiO2計(jì))，占世界總儲(chǔ)量的38.85％，居首位，其中90.5％分布在攀枝花.西昌地區(qū)，主要賦存在多金屬釩鈦磁鐵礦中，是國(guó)家重大特色金屬資源。因釩鈦磁鐵礦資源組成復(fù)雜、品位低、鈣鎂含量高、難選冶，鈦資源綜合利用率僅為14.5％。鈦白粉作為白色顏料和填料已成為世界上第三大無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品，僅次于合成氨和磷酸。 目前，鈦白粉的工業(yè)生產(chǎn)方法為硫酸法工藝和氯化法工藝，存在廢物量大、毒性強(qiáng)、環(huán)境污染重等問(wèn)

2、題。本論文針對(duì)我國(guó)鈦資源特色，在中科院過(guò)程工程研究所研發(fā)的亞熔鹽化工冶金技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了低溫熔鹽鈦白清潔生產(chǎn)技術(shù)，該工藝以高鈦渣為原料，以氫氧化鈉熔鹽為反應(yīng)介質(zhì)，擬從生產(chǎn)源頭消除環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)鈦資源有價(jià)組分的高效-清潔-綜合利用。 主要研究?jī)?nèi)容和成果如下： (1)構(gòu)建了氫氧化鈉熔鹽-高鈦渣反應(yīng)新體系。通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算，對(duì)高鈦渣主要組分在氫氧化鈉熔鹽中分解可能生成的產(chǎn)物進(jìn)行分析；考察了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、堿渣質(zhì)量比及高鈦

3、渣粒徑對(duì)鈦轉(zhuǎn)化率的影響，結(jié)果表明，在優(yōu)化的分解條件下鈦轉(zhuǎn)化率達(dá)到98％以上，XRD表征為單一晶相的Na2TiO3；宏觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究表明，分解過(guò)程符合未反應(yīng)收縮核模型，過(guò)程速度受界面化學(xué)反應(yīng)控制，其表觀活化能為40.84 kJ/mol。 (2)熔鹽反應(yīng)產(chǎn)物Na2TiO3經(jīng)多級(jí)逆流洗滌可再生反應(yīng)介質(zhì)NaOH。Na2TiO3中Na+離子可與水溶液中H+發(fā)生離子交換，經(jīng)多級(jí)逆流洗滌可將90％ Na+離子浸出至堿液中，堿液經(jīng)凈化、蒸發(fā)濃

4、縮可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)介質(zhì)內(nèi)循環(huán)；同時(shí)雜質(zhì)鉻、鋁、錳、硅浸出至堿液中，而雜質(zhì)鐵、鈣、鎂隨鈦進(jìn)入固相水洗產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)離子與鈦的高效高選擇性分離；得到的水洗中間產(chǎn)物主要組成為鈦65％～70％(以TiO2計(jì))、鈉10％～12％。 (3)液固相離子交換制備偏鈦酸并高效分離雜質(zhì)離子。水洗產(chǎn)物直接在硫酸或鹽酸介質(zhì)中經(jīng)過(guò)液固相離子交換-水解可分別制得球形及針狀偏鈦酸；鐵、鈣、鎂等雜質(zhì)溶解進(jìn)入酸液，鈦以偏鈦酸的形式沉淀，過(guò)濾后實(shí)現(xiàn)鈦與雜質(zhì)離子的高效高選

5、擇性二次分離；添加還原劑可以促進(jìn)雜質(zhì)離子的浸出；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鹽酸體系產(chǎn)品純度優(yōu)于硫酸體系。 (4)系統(tǒng)研究了硫酸鈦溶液低濃度水解制備偏鈦酸過(guò)程。水洗產(chǎn)物在稀硫酸中酸解形成硫酸鈦溶液，過(guò)濾除去未反應(yīng)的高鈦渣及鈣、鎂、硅等雜質(zhì)，濾液(硫酸鈦溶液)經(jīng)高溫液相水解制備偏鈦酸。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在優(yōu)化條件下制備的偏鈦酸經(jīng)洗滌、鹽處理、高溫煅燒后可得到球形度高、平均粒徑為150 nm、分布均勻的二氧化鈦粒子；XRF、XRD及白度分析表明，產(chǎn)品