用廢鹽酸從鈦鐵精礦中浸出鈦和鐵的試驗研究

董 強(qiáng)，李軍旗，徐本軍，張 瑩

（貴州大學(xué) 材料科學(xué)與冶金工程學(xué)院，貴州 貴陽 550003）

目前，國內(nèi)大多數(shù)鈦生產(chǎn)企業(yè)都采用氯化法生產(chǎn)海綿鈦，其生產(chǎn)工藝對富鈦原料中雜質(zhì)及二氧化鈦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求較高，其中要求TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)在90%以上，F(xiàn)e、Mn、Ca、Mg等雜質(zhì)總量低于10%。金紅石是生產(chǎn)海綿鈦的優(yōu)質(zhì)天然原料，但世界范圍內(nèi)天然金紅石儲量很少，隨著海綿鈦和鈦白粉行業(yè)的發(fā)展，天然金紅石礦已開采完全［1－4］。除天然金紅石外，采用物理富集方法無法得到TiO2含量很高的富鈦料［5］，故目前在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中常采用化學(xué)方法生產(chǎn)富鈦料。

目前，世界上主要通過電爐熔煉鈦鐵礦得到高鈦渣或酸浸得到人造金紅石。電爐熔煉制取鈦渣的工藝簡單、成熟，副產(chǎn)品鐵可直接利用，“三廢”少，但只能除鐵，不能除去非鐵雜質(zhì)［6］。用鹽酸浸出法處理鈦鐵礦生產(chǎn)金紅石，能為氯化法鈦白生產(chǎn)和海綿鈦生產(chǎn)提供比較理想的高品位低雜質(zhì)原料，但還處于實驗室研究階段，未實現(xiàn)工業(yè)化，主要原因是鹽酸耗量較大，成本較高［7－10］。海綿鈦生產(chǎn)過程中有大量的廢鹽酸產(chǎn)生，其中含有26～30g／L的Ti，因此考慮利用此廢鹽酸處理鈦鐵礦，一方面選擇性溶出礦石中的Si、Ca、Mg等雜質(zhì)，另一方面可以回收廢鹽酸中的鈦資源，最終得到的人造金紅石，滿足氯化法生產(chǎn)海綿鈦的原料要求。

1 試驗方法

1.1 試驗原料及性質(zhì)

試驗原料為國內(nèi)某海綿鈦生產(chǎn)企業(yè)提供的鈦鐵礦精礦，其成分見表1，物相分析結(jié)果如圖1所示。

圖1 鈦鐵礦精礦原樣的XRD圖

表1 鈦鐵礦精礦化學(xué)成分 %

物相分析結(jié)果表明：礦樣中，鈦主要以鈦鐵礦形式存在；主要雜質(zhì)鐵除以鈦鐵礦形式存在外，還有部分以Fe2O3形式存在。

試驗所用廢鹽酸取自某海綿鈦生產(chǎn)廠，其中，鈦質(zhì)量濃度為26g／L，鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%。

1.2 試驗原理

在鈦鐵礦酸浸過程中，主要有2類反應(yīng)。第1類是偏鈦酸鐵（FeTiO3）及主要雜質(zhì)氧化物的溶解反應(yīng)：

第2類是溶解生成的二氯氧鈦（TiOCl2）的水解反應(yīng)：

溶解過程的最初階段主要發(fā)生偏鈦酸鐵（FeTiO3）及主要雜質(zhì)氧化物的溶解反應(yīng)。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液中酸濃度降低，二氯氧鈦（TiOCl2）濃度升高，此時水解反應(yīng)為主要反應(yīng)。

1.3 試驗方法

根據(jù)鈦及主要雜質(zhì)鐵的存在形式，以及礦石中各種雜質(zhì)的易溶性，將原礦球磨至200目以下。取一定量廢鹽酸，與一定量礦樣一同放入反應(yīng)釜中，考察反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、酸濃度對鈦及鐵浸出率的影響。

2 試驗結(jié)果及討論

2.1 酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對鈦、鐵浸出率的影響

在液固體積質(zhì)量比4∶1、溫度105℃、反應(yīng)時間24h條件下，考察酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對鈦、鐵浸出率的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對鈦、鐵浸出率的影響

從圖2看出：較高的酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)有利于鈦和鐵的浸出。酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高有利于鈦鐵礦中的FeTiO3與酸發(fā)生反應(yīng)。考慮到酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時，需要添加濃鹽酸，廢酸的利用量較少，同時二氧化鈦含量提高幅度也不大，為了充分利用廢酸，確定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%。

2.2 反應(yīng)時間對鈦、鐵浸出率的影響

控制液固體積質(zhì)量比4∶1、溫度105℃、酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%，反應(yīng)時間對鈦、鐵浸出率的影響試驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 反應(yīng)時間對鈦、鐵浸出率的影響

從圖3看出：隨反應(yīng)時間延長，鈦浸出率有一定幅度提高，但幅度不大，基本維持在92%左右；鐵浸出率則隨反應(yīng)時間有大幅度提高。這是因為鈦鐵礦精礦中的鐵雜質(zhì)與鈦形成的FeTiO3較穩(wěn)定，其與酸的反應(yīng)時間較長，反應(yīng)24h時，鐵浸出率達(dá)95%。

2.3 反應(yīng)溫度對鈦、鐵浸出率的影響

控制液固體積質(zhì)量比為4∶1，酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，反應(yīng)時間24h，反應(yīng)溫度對鈦、鐵浸出率的影響如圖4所示。可以看出，反應(yīng)溫度為105℃時，鈦、鐵浸出效果最好。

圖4 反應(yīng)溫度對鈦、鐵浸出率的影響

3 結(jié)論

用廢鹽酸浸出鈦鐵礦精礦可以有效回收鈦與鐵。最佳浸出條件為：廢鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，液固體積質(zhì)量比為4∶1，溫度105℃，反應(yīng)時間24h。最佳條件下，鈦、鐵浸出率均在90%以上。利用廢酸浸出鈦鐵礦精礦，既為氯化法鈦白和海綿鈦生產(chǎn)拓寬原料來源，又利用了鈦冶煉產(chǎn)生的廢鹽酸，成本較低，又避免了環(huán)境污染，有一定研究價值。

［1］梁德忠.我國海綿鈦生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展方向［J］.鈦工業(yè)進(jìn)展，2002，21（1）：1－5.

［2］王志，袁章福.中國鈦資源綜合利用技術(shù)現(xiàn)狀與新進(jìn)展［J］.化工進(jìn)展，2004，23（4）：349－352.

［3］王立平，王鎬，高頎，等.我國鈦資源分布和生產(chǎn)現(xiàn)狀［J］.稀有金屬，2004，28（1）：265－267.

［4］李興華，文書明.國內(nèi)外鈦白及海綿鈦主要原料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及我國發(fā)展重點［J］.鈦工業(yè)進(jìn)展，2011，28（3）：9－13.

［5］王雅靜，張宗華，高利坤.某難選金紅石礦選礦試驗研究［J］.礦產(chǎn)綜合利用，2008（1）：7－10.

［6］熊堃，文書明，鄭海雷.鈦鐵礦資源加工研究現(xiàn)狀［J］.金屬礦山，2010（4）：93－96.

［7］唐昭輝，彭金輝，張世敏，等.鈦鐵礦的還原技術(shù)研究現(xiàn)狀［J］.鈦工業(yè)進(jìn)展，2010，27（2）：9－12.

［8］張書賢.關(guān)于我國鈦工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與建議［J］.輕金屬，1999（5）：1－7.

［9］王延忠.稀鹽酸選擇性浸出改性鈦渣制備富鈦料的研究［D］.昆明：昆明理工大學(xué)，2003：1－59.

［10］王曾潔，張利華，王海北.鹽酸常壓直接浸出攀西地區(qū)鈦鐵礦制備人造金紅石［J］.有色金屬，2007，59（4）：108－111.