鈦渣的應用研究進展

朱榮海，岑繼周，李雪晴，楊 娜，李 松

（六盤水師范學院化學與材料工程學院，貴州 六盤水 553004）

鈦渣是指在冶煉鈦礦的過程中產生的化學殘渣，首要成分是Al2O3。在一定高溫下使其具有良好的的物理化學和熱穩定性，該金屬殘渣與其他鉻酸磷鐵礦相進行比較，與其他金屬液的熱體導熱阻力系數、潤濕摩擦角、蓄熱阻力系數及金屬線材的膨脹阻力系數等熱體的物理化學參數均相似。生產實踐研究表明：鈦渣砂粉的生產成本相對較低，是一種適合生產鑄鋼件的材料。

近幾年，國內鈦行業發展迅猛，金屬鈦及鈦白總產量增長速度驚人。據涂多多統計2019年1～12月國內鈦礦總產量為502.5萬噸，同比上升9.62%。2019年中國鈦白新增產能約在392萬噸，2019年1～11月中國鈦白粉產量285.84萬噸，同比增長14萬噸，增幅5.27%，因此對鈦鐵礦的需求量日益增加。

1 鈦渣在材料方面的應用

張淑蘭[1]通過將冶煉鈦鐵過程中產生的工業殘渣收集，經鑄鐵加工工藝研磨后制成砂或粉，在鑄鐵熔模鑄造加工過程中用以用來代替硫酸鉻砂和鐵礦砂、鋯英砂。所得到的產物的性能明顯優于用高強度鋁礬土及其他石英砂材料代替鍍鋅鉻渣及鐵礦砂、鋯英砂加工所得到的產物，證明鍍鋅鈦渣材料是一種用于生產加工鑄造金屬鋼件良好的優質耐粘砂專用材料。

尤皓[2]以攀枝花提煉出的鈦渣為主要原料，使用直接燒結法制備了以透輝石、鈣鈦礦及鈣鎂黃長石為主要晶相的多相微晶玻璃[3]。采用多形式分析手段，研究了燒結溫度（1170℃～1190℃）對微晶玻璃的結構及性能的影響。實驗表明：鈣鎂黃長石以及透輝石含量會隨著燒結溫度的改變而改變。隨著燒結溫度的不斷升高，鈣鎂黃長石含量先減少后增加，透輝石含量先不變后不斷減少;微晶玻璃中晶粒聚集程度也隨溫度升高而增加，晶界延長，液相填充晶粒間的空隙與晶粒相互咬合，顯微結構變得更為致密。同時也證明了燒結溫度可以影響微晶玻璃中液相的散布與含量；在1185℃時微晶玻璃的線收縮率和體積密度能夠達到最大，分別為14.41%和2.50g/cm～3，吸水率為1.45%，但太高的燒結溫度（1190℃）會使致密程度水平降低。

李奎[4]為有效解決對高鈦鐵礦渣鋼筋混凝土基層空心結構砌塊建筑墻體結構性能知識掌握不足的突出問題，通過性能試驗對該砌塊墻體結構進行性能抗壓性和強度試驗分析。該建筑墻體結構通過與普通鋼筋混凝土比較可以發現該建筑墻體的抗壓應力破壞與普通鋼筋混凝土比較形成的其他墻體的抗壓應力破壞相似。結果表明：該型壓砌體曲線軸心構件抗壓載荷承載力試驗設計的數值與值為GB50003-2011《砌體結構設計規范》的中心式軸線核心所承受壓砌體構件載荷承載力的數值計算試驗結果十分接近。

劉曉華[5]使用低濃度硫酸（20%～60%硫酸）和含鈦高爐渣在實驗室制備的新型建筑材料，能達到一定強度，且生產工藝簡單，為開發利用攀鋼含鈦高爐渣提供新的途徑.通過對含鈦高爐渣粒度、施加壓力、硫酸濃度、養護時間、纖維加入量和酸解溶液加入量等因素對試塊強度的影響研究。實驗表明：在生產過程一定范圍內可以通過增加含鈦高爐渣粒度，增加試塊成型壓力，提高硫酸濃度、增加養護時間及摻和纖維及酸解溶液等手段可以提高試塊強度.

黃棟[6]通過實驗探索超重力系數、點火方式、以及旋轉時間等因素對渣-金分離程度、合金收得率、合金硬度、密度及微觀組織的影響規律，最后通過正交實驗設計得出較好的超重力工藝參數。實驗結果表明：在常規重力條件下渣-金分離程度為60.7%，合金收得率為59.1%，而在超重力條件下，渣-金分散水平為81.1%，比常規重力條件下提高了20.4%，合金收得率84.2%，提高了25.1%;超重力條件下合金組織得到了細化，提高了合金密度及硬度，但超重力前后合金化學成分基本不變。因此鈦渣在超重力條件下通過鋁熱還原制備鈦鋁基多元合金是一種可行的工藝。而且在超重力鋁熱還原條件下明顯提高了渣-金分離效果，同時為鈦鋁基合金的制備提供了一個新思路，具有一定的學術和實用價值。

張振明[7]通過對高鈦渣的礦物組分及活性系數的分析，探討了不同鈦渣粒度大小對水泥粉磨標準稠度所用料的含水量、凝結量和時間的直接影響，且重點研究了不同粒度助磨劑對高和低鈦渣的水泥粉碎和磨細粒粒度的影響作用及其效果，以及高鈦渣對高鈦水泥粉磨強度、水化物等產物的作用影響。通過分析采用單合多摻與復合雙摻的計算方式，比較可以得出目前用于加工生產普通使用硅酸鹽塑料水泥和用于復合使用硅酸鹽塑料水泥的不同產品摻量和原料配比。該組的研究結果表明：摻目數越小的高鈦渣更加越有利于基層水泥各種水化反應產物混合產生基層包裹結合效應，使基層結構結合變得更為緊密，從而大大增加基層水泥耐磨強度;使水泥與助磨劑混合，摻入30%的高鈦渣，并直接使之與粉煤灰及高爐渣復混同摻，混合后水泥摻量可以達到40%，可直接滿足各種P.C32.5R級優質水泥混合生產；如再摻入10%的其他高鈦渣，并與其他粉煤灰及其他高爐渣復混同摻，混合后水泥摻量可以達到20%，可直接滿足各種P.O42.5R級優質水泥混合生產;而且高鈦渣對用于水泥的各種水化反應產物不會對人產生不利化學影響。

2 鈦渣在其他方面的運用

張風平[8]根據遵義鈦業股份有限公司原料提供的低品位高純白鈦礦殘渣的有機物化學特性特點進行科學實驗，提出了一種新的高純鈦白粉原料制備所用工藝——那就是以采用鹽酸改性法制粉為實驗基礎，添加鹽酸改性劑可以提高低品位高純白鈦礦殘渣的有機酸溶性，并用一種廢酸堿法代替濃縮的鹽酸對其進行高溫浸出，再經過鹽酸水解和高溫煅煉焙燒兩種工藝即可制取新的鈦白粉。通過新的一種制備亞高鈦白粉末的工藝即可得出以下重要結論。

（1）其中存在高鈦渣反應中的復雜混合固溶體與純堿（Na2Co3）產物發生化學反應合并生成了高鈦酸鈉和亞鐵酸鈉，而且高鈦酸鈉和亞鐵酸鈉均易直接溶于水，因此大大改善了對于高鈦渣的酸溶性。發現材料焙燒后的時間大約為2h，焙燒時的溫度大約為850℃，改性劑量的配比為0.7：1時，這時是采用改性材料焙泡烘燒的最優浸泡條件，此時采用Ti改性浸泡輸出的效率大約為95.48%。

（2）當形成產物的粒度在200目以下，液固比為5：1、廢酸浸出濃度30%、反應時間為1.5h、浸入輸出使用溫度70℃時為Ti的最佳浸出使用條件.在該浸出條件下采用Ti廢酸浸入輸出的效率一般為95.60%。而綜合水解利用時間70min、水解利用溫度大約為100℃、稀釋比為1時為最佳綜合水解利用條件。此時材料水解的效率大約為94.02%。

（3）在煅料燃燒持續溫度范圍為1200℃、煅燒持續時間溫度為2h的一定煅料燃燒溫度條件下，水解處理后的材料經過處理可直接得到一定品位濃度為99.41%時的鈦白粉;將最終產物材料置于大型X光反射線熒光衍射儀下通過觀察進行分析，可初步確定在該煅燒條件下的材料最終產品基本可以轉為鈦合金紅石型中的二氧化鈦。

李毅恒[9，10]以攀枝花鋼鐵研究院生產的鈦渣為研究對象。從XRD圖譜中可以看出，鈦渣中的主要物相為FeTi2O5相和MgTi2O5相（M3O5固溶體），同時也有部分金紅石相存在。結合微波加熱的能量傳遞方式和選擇性加熱方式，提出了“微波改性焙燒-酸浸-微波煅燒制備人造金紅石”的新工藝。通過對應的高鈦渣和最后分離所得的相晶產物分別使用了XRD、FT-IR、Raman和SEM等光學儀器方法進行物質的相晶型微觀結構、表面上的官能基基團和產物表面的晶體微觀結構形貌等的對比進行分析。對高鈦渣和改性劑的比例、焙燒溫度、焙燒時間、浸出時間、浸出酸濃度、浸出酸與待浸出渣比例、煅燒溫度和煅燒時間進行了條件探索實驗，通過對產品中金紅石相的XRD衍射峰強度的比例關系和SEM微觀形貌特點的比較，得出在高鈦渣和改性劑的比例為1：0.5、焙燒溫度950℃、焙燒時間1h、浸出時間5h、浸出酸濃度30%（w/w）、浸出酸與待浸出渣比例6：1、煅燒溫度為900℃和煅燒時間為0.5h的條件下為合成最佳晶型結構人造金紅石的最佳工藝。本文通過合理的利用微波加熱方式的優點對攀枝花鈦渣的礦相處理進行了一系列研究，最終得到晶型較好的金紅石型TiO2，為進一步有效利用我國豐富鈦資源提供了新的技術方案。

陳凌[11]采取靜態吸附法鉆研了高爐鈦渣對廢潤滑油的吸附機能，察看了高爐鈦渣的投加量、吸附溫度、吸附時候和攪拌轉速等身分對吸附結果的影響，并經由過程正交嘗試設計切磋了優化高爐鈦渣吸附廢潤滑油的工藝前提，并在此基礎長進行了高爐鈦渣與活性白土吸附廢潤滑油的對比嘗試。實驗結果表明：高爐鈦渣對廢潤滑油有著良好的吸附效果，且吸附效果與活性白土對廢潤滑油的吸附效果相當。

因此可將高爐鈦渣作為吸附劑用于廢潤滑油的吸附再生。

姜濤[12]通過以高鈦渣合成的TiN/β'-Sialon粉體為原料，在常壓下進行燒結制備出了TiN/β'-Sialon復相導電陶瓷。使用X射線衍射儀和掃描電鏡對材料相組成和顯微結構進行分析，研究了材料的致密化行為、力學性能及常溫導電性能。研究表明：該燒結產物的主晶相為TiN和β'-Sialon。其中TiN為細小粒狀，粒度多小于0.5μm，β'-Sialon多呈板條狀。燒結溫度為1530℃、初始原料中TiO2加入量為35%(質量分數)時，材料的體積密度為3.01g/cm3，硬度為9.62GPa，抗彎強度為120.07MPa。30% TiO2加入量是決定材料能否形成TiN導電網絡的最低TiO2加入量，此時材料的電阻率為1.3×10-2·cm。

吳斌[13]以電熔白剛玉為主要原料，利用含二氧化鈦工業渣，制備了中頻感應爐用線圈膠泥，通過探討得出含二氧化鈦工業渣對材料性能的影響，將產品置于XRD下對其相組成和顯微結構進行分析。結果表明：采用含二氧化鈦產業替代部分剛玉細粉，不影響線圈膠泥的性能，且有利于提升其抗熱震性和保溫效果。

3 總結

隨著世界經濟和科技的不斷發展進步，鈦因為自身特殊的物理性能、化學性能以及優越的機械性能，鈦的市場前景越來越被人們所看好。而鈦渣的應用也越來越廣泛，鈦白、海綿鈦、鈦材、玻璃、陶瓷、中頻感應爐用線圈膠泥這些含鈦產品利用率也隨鈦渣生產產量的增加而不斷提高。