鈦石膏除鐵試驗研究

江瑩(江漢大學文理學院生物與環境工程學部，湖北 武漢 430000)

0 引言

鈦石膏是采用硫酸法生產鈦白粉時，為治理酸性廢水，加入石灰(或電石渣)以中和大量的酸性廢水而產生的以二水石膏為主要成分的廢渣，采用填埋堆放方式處理，占用大量土地，浪費大量的耕地資源，且污染環境[1,2]。

本文主要通過除去鈦石膏中雜質，制備二水硫酸鈣含量高的鈦石膏，提高其再利用價值。氧化鐵是影響鈦白石膏的最常見的雜質，還原漂白的處理氧化鐵廣泛有效。還原漂白即是用還原劑將三價鐵還原成易溶于水的二價鐵，洗滌過濾除去，從而達到除鐵提高白度的目的。本文采用連二亞硫酸鈉在酸性環境中漂白鈦白石膏[3]，其漂白原理如下：

Fe2O3+Na2S2O4+3H2SO4→2FeSO4+2SO2+Na2SO4+3H2O

1 試驗部分

1.1 試驗原料及試劑

本試驗所用的試樣為取自武漢某鈦白粉有限公司的鈦白廢酸和鈦白石膏。鈦白石膏除鐵試驗所用到的試驗設備：離心沉淀機，磁力攪拌電熱套，電子天平，架盤藥物天平，超聲波清洗機，旋片式真空泵，偏光顯微鏡，pH 毫伏臺式測量計。

1.2 試驗設備

鈦白石膏除鐵試驗所用到的試驗設備：粒度分析，采用GSL-101B 激光粒度分析儀，取Dv50 值；SEM，采用日本電子株式會社生產的真空形貌式電子顯微鏡(JSM-5610LV 型)觀察樣品的表面形貌；顯微鏡分析，采用LV100pol 顯微鏡對鈦白石膏顆粒的大小進行觀測；白度儀，采樣高新自動化儀器表公司的DN-B 型。

1.3 鈦石膏成分分析

取某廠鈦石膏原樣，進行XRD 表征、白度及粒度測試，對鈦石膏原樣成分進行探討，進一步確認其成分和所含雜質的情況。

1.4 鈦石膏除鐵試驗流程

本試驗將對影響鈦白石膏含鐵量的因素進行正交試驗。討論影響鈦白石膏含鐵量因素為：礦漿pH，反應時間，Na2S2O4用量。通過正交試驗確定影響因素的最佳條件，制備高價值的鈦石膏。技術路線如圖1。

圖1 鈦白石膏還原除鐵法技術路線圖

試樣加水配成一定濃度的礦漿，在磁力攪拌的作用下，先加一定量配好的硫酸調節礦漿pH 值，然后加入一定量的連二亞硫酸鈉，反應一段時間以后，礦漿經蒸餾水洗滌并離心，1000ml 布氏漏斗抽濾，60℃烘干，得到樣品。

1.5 表征手段

XRD 測試采用Rigaku D/Max2rA衍射儀(Cu 靶,Kα 輻射,λ=0.154 056 nm)，掃描范圍3°～70°；粒度分析，采用GSL-101B 激光粒度分析儀，取Dv50 值；SEM，采用日本電子株式會社生產的真空形貌式電子顯微鏡(JSM-5610LV 型)觀察樣品的表面形貌；顯微鏡分析，采用LV100pol 顯微鏡對鈦白石膏顆粒的大小進行觀測；白度儀，采樣高新自動化儀器表公司的DN-B 型。

2 結果與討論

2.1 鈦石膏成分表征結果

對某工廠鈦石膏原樣進行XRD 測試，結果如圖2。

圖2 鈦石膏原樣XRD衍射圖譜

由圖2 可知，D 所表示的峰是CaSO4·2H2O 的特征峰，F 所表示的峰是Fe(OH)3的特征峰。對比二水石膏標準卡片PDF70-0982，說明鈦石膏中主要成分為CaSO4·2H2O。含有Fe(OH)3雜質，確定鈦石膏中有Fe(OH)3存在，且含量較高。

2.2 正交試驗

鈦石膏除鐵的主要因素為連二亞硫酸鈉用量、礦漿pH值，針對這三個因素選用L9(33)正交試驗表[4]，正交表頭設計見表1 所示。

表1 因素水平表

鈦石膏除鐵正交試驗結果如表2 所示，顯微鏡掃描結果如圖2 所示。

表2 正交試驗結果表

根據極差分析可得，RA>RB>RC，以白度作為度量標準，影響鈦石膏除鐵效果主次因素為：連二亞硫酸鈉用量>礦漿pH>反應時間，連二亞硫酸鈉用量的控制對最終產品白度起主要作用。

由表2 可知，在A2B2C3 條件下，即pH 為1.5，連二亞硫酸鈉用量為1.2g/5g，漂白時間60min 時，白度到達最高為61.8%，這與原礦白度17.8%相比，效果十分明顯。

由圖3 明顯看出，圖3-a 中存在大量細小類似鐵紅的物質，其粒徑非常小，存在于整個鈦石膏中，除鐵后的顯微鏡照片圖3-b 明顯較干凈。說明本試驗方法對鈦石膏除鐵取得一定效果。

另外，對原樣與正交試驗的最佳樣品分別進行粒度分析，原樣鈦石膏平均粒度為Dv50=4.51μm，除鐵后鈦石膏顆粒粒徑有所增長為Dv50=9.54μm。由圖3 亦反映鈦石膏顆粒粒徑的增長，這是由于鐵雜質的除去，有利于CaSO4·2H2O 再生長[5]。

3 結語

圖3 鈦石膏顯微鏡照片(a：原樣；b：正交試驗最佳樣品)

本文通過對鈦石膏除鐵的正交試驗，確定影響因素的主次：連二亞硫酸鈉用量>礦漿pH>反應時間；正交試驗最佳條件：pH 為1.5，連二亞硫酸鈉用量為1.2g/5g，漂白時間60min 時，白度到達最高為61.8%。處理后的鈦石膏顏色呈灰白色，粒徑較大，易脫水及進行后續回收加工再利用。

[1]許平，林海，邢喜峰，賈秀明.鈦白粉廠酸性廢水處理的試驗研究.工業水處理,2007，27 (7)：53-55.

[2]王建偉，任秀蓮，魏琦峰，等.鈦白廢酸的綜合利用研究現狀[J].無機鹽工業，2009，41(9)：4-7.

[3]魏紹東,馮圣君,魏艷.鈦白廢酸的治理與濃縮綜述[J].無機鹽工業,2007,39(2)：15-17.

[4]劉國燕,吳汝范,曾育民.硫酸法鈦白水解廢酸的濃縮[J].礦冶工程,1998,18(1)：53-56,59.

[5]侯太鵬.高嶺土除鐵增白試驗研究[J].非金屬礦,2001,24(4)：32-35.