鈦白廢酸加壓浸出鈦精礦制備富鈦料實驗研究

馬光強，鄒敏，夏冬

（攀枝花學院生物與化學工程學院，四川攀枝花617000）

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鈦白廢酸加壓浸出鈦精礦制備富鈦料實驗研究

馬光強，鄒敏，夏冬

（攀枝花學院生物與化學工程學院，四川攀枝花617000）

基于硫酸鈦白生產工藝的現狀，將鈦白廢硫酸綜合利用與富鈦料的生產相結合，開展了鈦白廢酸加壓浸出鈦精礦制備富鈦料的實驗研究，并分別考察了酸礦比、浸出溫度、浸出時間等因素對富鈦料品位的影響。研究結果表明：在酸礦比（mL/g）為8∶1、酸浸溫度為150℃、酸浸時間為7～8 h的條件下，可獲得二氧化鈦品位達80%以上的富鈦料。通過XRD分析可知，酸浸完成后，鈦精礦中的主要物相FeTiO3已轉換為富鈦料中的二氧化鈦物相。

鈦白廢酸；加壓浸出；鈦精礦；富鈦料

四川省攀枝花是中國鈦白粉的主產地之一，年產量約為50萬t，主要生產工藝為傳統的硫酸鈦白法，其生產過程中會產生大量廢酸，每生產1 t鈦白即產生質量分數為20%左右的廢酸6～8 t，為環境治理帶來巨大壓力。目前，鈦白廢酸的主要處理方式有中和法［1］、濃縮法［2-3］和分離綜合利用法［4-5］。此外，受選礦工藝和原料成本的限制，鈦白原料大多使用品位為45%左右的鈦精礦，較少使用品位在80%以上富鈦料，隨之帶來了生產中耗酸量大、產品品質低、后處理綜合處理成本高等問題［6-7］。

針對上述情況，筆者在結合國內外富鈦料的生產工藝基礎上，提出了“硫酸鈦白廢酸加壓浸出鈦精礦制備富鈦料”的新工藝。經實驗研究證明，一方面，普通鈦精礦經過加壓酸浸處理后，可得到TiO2品位超過80%以上的富鈦料；另一方面，鈦白廢酸經過加壓處理后，廢酸中H2SO4質量分數由20%降至5%左右，為下一步綜合治理奠定了良好的基礎。

1　實驗部分

1.1原料與設備

原料：鈦白廢硫酸（攀枝花鈦都化工，硫酸質量分數為21.3%）、鈦精礦（攀枝花安寧鐵鈦，鈦品位為46.5%），其他試劑無特別說明均為分析純。

設備：加壓反應釜（聚四氟乙烯內襯，主要規格為250 mL和500 mL），其余為常規實驗設備。

1.2實驗方法

分別稱取一定質量的鈦精礦和量取一定體積的鈦白廢硫酸放入加壓反應釜中，硫酸體積不超過反應釜容積的80%，再將反應釜聚四氟乙烯內襯放入超聲波發生器中震蕩混合30 min，將反應釜封閉好置于電熱恒溫干燥箱中，在設定溫度條件下保溫反應數小時后取出，待稍冷卻后打開反應釜，趁熱使用減壓過濾分離濾渣與濾液，得到的濾渣再次用熱水洗滌過濾，將濾渣在700℃下煅燒1 h，即制得富鈦料產品。

1.3檢測與表征

采用硫酸高鐵銨標液滴定法［8-9］測定物料中的二氧化鈦含量。采用D/max-2500/PC型轉靶X射線衍射儀對樣品進行XRD表征［掃描速度為5（°）/min，掃描角度為10～85°］。

2　實驗結果與討論

鈦白廢硫酸與鈦精礦的反應是一個浸出與水解的平衡過程，其主要反應：

理論分析與初步實驗結果表明，富鈦料中TiO2品位主要受酸礦比、反應溫度、反應時間3因素的影響。

2.1酸礦比對富鈦料品位的影響

酸礦比反映所需鈦白廢硫酸體積（mL）與礦質量（g）的比例關系。在浸出溫度為150℃、浸出時間為8 h的條件下，考察了酸礦比（5∶1、6∶1、7∶1、8∶1、9∶1、10∶1、11∶1、12∶1）對富鈦料中TiO2品位的影響，結果見圖1。由圖1可見，隨著酸礦比的增加，富鈦料品位明顯上升，在酸礦比為8∶1時達到頂點，然后緩緩下降。其主要原因是當酸礦比＜8∶1時，酸總量不足，反應不充分，雜質浸出量偏少；在酸礦比約為8∶1時，酸量合適，反應后酸濃度最低，偏鈦酸的水解量也最大，此時富鈦料的品位達到最大（83.2%）；繼續增加酸量，酸濃度過大，抑制了偏鈦酸的水解，造成富鈦料的品位緩慢下降。綜合考慮，實驗選擇適宜的酸礦比為8∶1。

圖1　酸礦比對富鈦料中TiO2品位的影響

2.2浸出溫度對富鈦料品位的影響

在酸礦比為8∶1、浸出時間為8 h的條件下，考察了浸出溫度（120、130、140、150、160、170、180℃）對富鈦料中TiO2品位的影響，結果見圖2。由圖2可以看出，實驗初始階段，隨著浸出溫度的升高，富鈦料的品位快速升高，直至150℃左右達到頂點；超過150℃后，富鈦料品位隨之又快速下降。由此推斷，浸出溫度是影響浸出反應關鍵因素。在低溫時，雜質與鈦的浸出率均較低，隨著溫度的升高，雜質的浸出量大幅增加，而鈦的浸出與水解處于平衡狀態，造成富鈦料品位快速升高。超過150℃后，雜質已基本浸出完全，而鈦的浸出卻在快速增加并超過其水解速度，從而造成富態料品位以較快的速度下降。綜合考慮，實驗選擇適宜的浸出溫度為150℃。

圖2　浸出溫度對富鈦料中TiO2品位的影響

圖3　浸出時間對富鈦料品位的影響

2.3浸出時間對富鈦料品位的影響

在浸出溫度為150℃、酸礦比為8∶1的條件下，考察了浸出時間（3、4、5、6、7、8、9、10 h）對富鈦料中TiO2品位的影響，結果見圖3。由圖3可見，時間因素對富鈦料品位的影響較小，隨著浸出時間的延長，富鈦料品位緩緩上升；浸出7～8 h時，反應基本趨于平衡。其主要原因是在固定的酸礦比和浸出溫度條件下，鈦精礦與鈦白廢硫酸的反應速度較慢，只能給予充足的時間來保證反應充分，一旦反應趨于平衡，各組分將不在發生明顯變化。綜合考慮，實驗選擇適宜的浸出時間為7～8 h。

2.4XRD分析

圖4a為鈦精礦原礦的XRD譜圖。分析圖4a衍射峰可知，原礦的主要物相為FeTiO3，還有少量的MgTiO3。圖4b為酸浸4 h的中間渣XRD譜圖。對比原礦可知，經過4 h的酸浸后，圖4b中FeTiO3和MgTiO3物相的峰強度明顯減弱，說明此時這2種物相大量浸入廢硫酸中，與此同時出現了TiO2的特征峰，這是由浸入溶液中的鈦組分水解產生的。圖4c為最終制得的富鈦料XRD譜圖。與圖4a、4b對比可以明顯看出，FeTiO3和MgTiO3物相的特征峰此時已完全消失，說明這2種物相在反應完成后，已全部浸入鈦白廢硫酸中，而剩下的均為水解后燒結生成的TiO2物相。

圖4　原礦與富鈦料的XRD譜圖

3　結論

1）在酸礦比（mL/g）為8∶1、酸浸溫度為150℃、酸浸時間為7～8 h的條件下，可獲得的TiO2品位達80%以上的富鈦料；2）酸浸反應完成后，鈦精礦中的FeTiO3已全部浸入鈦白廢硫酸中，富鈦料中的主要物相為水解后燒結生成的TiO2。

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聯系方式：magq3218@163.com

Experimental study on titanium concentrate leaching to prepare Ti-rich material with titanium dioxide waste acid

Ma Guangqiang，Zou Min，Xia Dong
（School of Biological and Chemical Engineering，Panzhihua University，Panzhihua 617000，China）

Based on the present situation of the sulfuric acid titanium dioxide production process，the comprehensive utilization of titanium dioxide waste acid and the preparation of Ti-rich material were combined.The experimental study on titanium concentrate leaching to prepare Ti-rich material with titanium dioxide waste acid was carried out.The influences of acid-mineral ratio，leaching temperature，and time etc.on the grade of Ti-rich material were investigated.Research results showed that：in a acid-mineral ratio（mL/g）of 8∶1，leaching temperature of 150℃，and leaching time of 7～8 h，the Ti-rich material with TiO2grade of more than 80%could be obtained.Through XRD analysis，the main phase FeTiO3of the titanium concentrate has been converted into the TiO2phase of the Ti-rich material after acid leaching

titanium dioxide waste acid；pressure leaching；titanium concentrate；Ti-rich material

TQ134.11

A

1006-4990（2016）08-0067-03

2016-02-13

馬光強（1977—），男，副教授，碩士，主要研究方向為鈦材料冶金。