用廢鹽酸從改性高鈦渣中浸出鈦的試驗(yàn)研究

張風(fēng)平，徐本軍，黃彩娟

（貴州大學(xué) 材料與冶金學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550003）

納米二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N新型抗紫外線(xiàn)劑、光催化劑、光電效應(yīng)劑等在氣體凈化、抗菌防毒、脫臭、水處理、防污、汽車(chē)面漆耐候抗老化方面有廣闊的應(yīng)用前景［1－2］。高鈦渣是電爐熔煉鈦精礦時(shí)的主要副產(chǎn)品，主要物相有金紅石、黑鈦石固溶體、塔基石固溶體和硅酸鹽玻璃體等。酸解高鈦渣可以獲得鈦鹽溶液，酸解方法主要有硫酸法［3］和鹽酸法［4－5］，其中鹽酸法對(duì)原料品位要求較高，多采用加壓條件，對(duì)設(shè)備腐蝕也較大。試驗(yàn)研究了在常壓下用廢鹽酸直接浸出高溫焙燒改性的高鈦渣，以充分利用廢鹽酸并從高鈦渣中浸出鈦。

1 試驗(yàn)部分

1．1 原料及設(shè)備

試驗(yàn)所用的酸溶性高鈦渣的主要成分見(jiàn)表1。廢鹽酸濃度為 3．6mol／L，為工業(yè)廢酸。Na2CO3為分析純?cè)噭?/p>

表1 酸溶性高鈦渣主要化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

試驗(yàn)所用主要設(shè)備有PL2002電子天平，DF－101Z集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，真空抽濾機(jī)，烘箱，220－AC電子萬(wàn)用電爐，TAS－986原子吸收分光光度計(jì)。

1．2 試驗(yàn)原理與方法

高鈦渣的物相主要為T(mén)iO2與Fe、Ca、Si等雜質(zhì)組成的黑鈦石固溶體，其物相組成較復(fù)雜，即使在較高溫度下也很難溶于鹽酸。將高鈦渣按1∶0．7的質(zhì)量比加入改性劑，然后在850℃下焙燒3h，可以將黑鈦石中的大部分TiO2、Fe轉(zhuǎn)化為不同形式的鈦酸鹽及鐵酸鹽，這兩種物質(zhì)在一定溫度下可溶于鹽酸［6］；高鈦渣中沒(méi)有發(fā)生改性反應(yīng)的部分TiO2在浸出后與SiO2一起富集于浸出渣中。

浸出過(guò)程中發(fā)生的主要反應(yīng)如下：

稱(chēng)取焙燒后的改性渣20g，倒入裝有一定體積的廢鹽酸的燒瓶中，一定溫度下浸出一定時(shí)間后過(guò)濾，對(duì)濾渣洗滌、烘干，測(cè)定鈦質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算鈦浸出率。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2．1 廢酸濃度對(duì)鈦浸出率的影響

試驗(yàn)條件：浸出溫度為60℃，浸出時(shí)間為4h，鈦渣粒度200目，固液質(zhì)量體積比為1∶6。廢酸質(zhì)量濃度對(duì)鈦浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 廢鹽酸濃度對(duì)鈦浸出率的影響

由圖1看出：隨鹽酸濃度升高，鈦浸出率生高；鹽酸濃度高于3．6mol／L后，鈦浸出率變化不大。酸濃度增大至一定程度后不再對(duì)化學(xué)反應(yīng)有影響，而工業(yè)廢鹽酸的濃度一般為3．6mol／L左右，所以，確定浸出鈦的適宜的鹽酸濃度為3．6 mol／L。

2．2 溫度對(duì)鈦浸出率的影響

廢鹽酸濃度為3．6mol／L，浸出時(shí)間為4h，高鈦渣粒度為200目，固液質(zhì)量體積比為1∶6，浸出溫度對(duì)鈦浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 溫度對(duì)廢鹽酸浸出鈦的影響

由圖2看出，溫度對(duì)鈦的浸出影響較大：低溫時(shí)，隨溫度升高，鈦浸出率增大；當(dāng)溫度提高至70℃后，隨溫度再升高，鈦浸出率反而下降。這是因?yàn)楦男愿哜佋峤膺^(guò)程中還伴隨鈦鹽的水解反應(yīng)，隨溫度升高，鈦鹽的水解反應(yīng)加劇，使溶解的鈦又沉淀到渣中，造成鈦浸出率降低。適宜的溫度確定為70℃。

2．3 浸出時(shí)間對(duì)鈦浸出率的影響

廢鹽酸濃度為3．6mol／L，溫度為70℃，鈦渣粒度為200目，固液質(zhì)量體積比為1∶6，浸出時(shí)間對(duì)鈦浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。可以看出，浸出時(shí)間在1～4h范圍內(nèi)，鈦浸出率變化不大，浸出3h時(shí)，鈦浸出率最高為95．86%。綜合考慮，確定浸出時(shí)間以3h為宜。

圖3 浸出時(shí)間對(duì)鈦浸出率的影響

2．4 鈦渣粒度對(duì)鈦浸出率的影響

廢鹽酸濃度為3．6mol／L，溫度為70℃，浸出時(shí)間為3h，固液質(zhì)量體積比為1∶6，鈦渣粒度對(duì)鈦浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 鈦渣粒度對(duì)鈦浸出率的影響

由圖4看出，隨鈦渣粒度減小，鈦浸出率顯著升高。因?yàn)辂}酸分解高鈦渣屬于固－液反應(yīng)，反應(yīng)發(fā)生在固體顆粒表面，隨顆粒粒度減小，顆粒比表面積增大，反應(yīng)幾率增大，鈦浸出率提高；但顆粒粒度太小，對(duì)磨礦等預(yù)處理的要求就會(huì)提高，而且生產(chǎn)成本增大：所以，顆粒粒度以200目為宜，此時(shí)鈦浸出率為94%左右。

2．5 液固體積質(zhì)量比對(duì)鈦浸出率的影響

廢鹽酸濃度為3．6mol／L，溫度為70℃，浸出時(shí)間為3h，鈦渣粒度為200目，液固體積質(zhì)量比對(duì)鈦浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。可以看出：隨液固體積質(zhì)量比增大，鈦浸出率提高；液固體積質(zhì)量比增大至5∶1后，鈦浸出率變化不明顯。當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，液固體積質(zhì)量比較小的體系中鹽酸的量較低，反應(yīng)程度也較低；而液固體積質(zhì)量比提高至一定程度后，鹽酸的量不再對(duì)反應(yīng)有控制性影響，所以鈦浸出率變化不大。綜合考慮。較適宜的液固體積質(zhì)量比確定為5∶1。

圖5 液固體積質(zhì)量比對(duì)鈦浸出率的影響

3 結(jié)論

高鈦渣通過(guò)改性焙燒，其中的鈦物相金紅石及黑鈦石固溶體轉(zhuǎn)化成鈦酸鈉和鐵酸鈉等，這些物質(zhì)易于用熱鹽酸浸出。高鈦渣改性焙燒時(shí)須添加改性劑，其與高鈦渣的配比為0．7∶1，最佳焙燒溫度為850℃，焙燒時(shí)間為3h。改性高鈦渣用廢鹽酸浸出，最佳條件下，鈦浸出率可達(dá)95．5%，浸出效果較好。

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