DOI:10.19476/j.ysxb.1004.0609.2002.06.038
含Ti高炉渣的加压酸解
东北大学材料与冶金学院
东北大学材料与冶金学院 沈阳110006
摘 要:
含Ti高炉渣中的TiO2 含量很高 , 质量分数约为 2 4%左右 , 是宝贵的二次资源。用稀硫酸加压酸解含Ti高炉渣提取其中的Ti, 并分析物料粒度、酸浓度、渣酸比、反应温度、反应时间等因素对TiO2 酸解率的影响 , 得出了加压酸解的适宜条件。TiO2 酸解率达到 90 %以上。酸解液水解获得的TiO2 产物纯度为 90 %以上。为开发利用废稀酸提取含Ti高炉渣中的Ti提供了依据。
关键词:
中图分类号: TF534
收稿日期:2002-01-11
Leaching of Ti-bearing blast furnace slag by pressuring
Abstract:
Ti-bearing blast furnace slag is valuable sources in which the content of TiO 2 is about 24%. Dilute sulfuric acid (20%~60%) is applied to leach the Ti-bearing blast furnace slag under pressure . The influence of the granularity of raw materials, the density of sulfuric acid, the ratio of slag to sulfuric acid, the time and temperature of reaction be analyzed, then the suitable leaching condition be attained. The purity of TiO 2 gained by hydrolyzation is about 90%. It is the basis for leaching the Ti-bearing blast furnace slag by waste sulfuric acid.
Keyword:
blast furnace slag; pressuring; leaching; Ti;
Received: 2002-01-11
攀钢高炉渣TiO2含量达24%~25% (质量分数) , 是宝贵的含Ti二次资源
本研究使用低浓度硫酸 (质量分数为20%~60%) 利用水蒸汽分压进行加压酸解渣实验。 实验发现加压酸解的TiO2酸解率较高, 达85%以上, 工艺简单, 为开发利用攀钢排出的低浓度废酸提供了科学依据。
1 实验
1.1 原料
将攀钢含Ti高炉渣粗碎至10~15 mm左右, 入轮盘磨, 出磨后粒度为300~150 μm。 将物料进行湿法磁选除铁, 将除铁后的物料烘干、 入球磨罐粉磨至所需粒度, 原料的化学分析结果见表1。 酸解反应用酸为分析纯硫酸, 其他均为分析纯试剂。
表1 原料的化学组成 Table1 Chemical composition of raw material (mass fraction, %)
1.2 实验方法
将分析纯硫酸加水稀释至所需的质量比浓度, 称取高炉渣加入自制1 000 mL反应釜中, 量取一定体积硫酸, 倒入反应釜, 摇匀。 恒温浸置反应至一定时间后迅速打开瓶塞, 用水稀释、 过滤。 滤液进行TiO2酸解率分析和进行水解反应实验。 TiO2酸解率η可表示为
式中 m1为 酸解液中的钛换算成的TiO2质量; m0为原料中TiO2质量。
2 结果与讨论
2.1 酸解
硫酸与高炉渣各组分的反应如下
3H2O (l)
SiO2的反应机理受酸解条件影响, 相对较复杂, 文献
在加压条件下TiO2 酸解率较高, 并受酸解温度、 酸解时间、 渣酸比、 物料粒度、 硫酸浓度等因素影响。
2.1.1 渣酸比对TiO2酸解率的影响
渣酸比k反映酸和渣用量的数量关系, 这里渣酸比指渣的质量 (g) 与所需浓硫酸 (98%) 的体积 (mL) 之比。 渣酸比太低, 耗酸量大, 太高又使渣酸解不完全, 因此选择适当的渣酸比很重要。
实验中发现, 在加入硫酸的瞬间, 由于反应的放热, 容易使渣粘结在反应釜上, 而在渣酸比较高时, 这种现象更为严重。 结团将严重阻碍反应物向反应界面及产物向介质中的扩散, 是渣酸比较高时, TiO2酸解率较低的主要原因 (图1) 。 当降低渣酸比至1∶1.17就能使TiO2酸解率达85%以上, 之后降低渣酸比则TiO2酸解率变化不明显, 适宜的渣酸比为1∶1.17~1∶1.56间。
2.1.2 反应温度对TiO2酸解率的影响
图1 渣酸比k对TiO2酸解率的影响
Fig.1 Influence of ratio of slag to sulfuric acid k on TiO2 leaching rate (Slag size 75 μm, sulfuric acid 50%, temperature 100 ℃, time 8 h)
反应温度与TiO2酸解率的关系如图2所示。 可见, 反应温度明显影响TiO2的酸解率。 在90~100 ℃温度范围, TiO2的酸解率随温度升高急剧升高, 但110 ℃后变化不明显。
2.1.3 反应时间对TiO2酸解率的影响
图3示出TiO2酸解率随反应时间的变化规律。 TiO2酸解率随反应时间延长而增加, 8 h左右达到最大值, 后稍有下降, 10 h后酸解率的变化趋于平缓。
图2 反应温度对TiO2酸解率的影响
Fig.2 Influence of temperature on TiO2 leaching rate (Slag size 75 μm, sulfuric acid 50%, ratio of slag to sulfuric acid 1∶1.56, time 8 h)
图3 反应时间对TiO2酸解率的影响
Fig.3 Influence of time on TiO2 leaching rate (Slag size 75 μm, sulfuric acid 50%, ratio of slag to sulfuric acid 1∶1.56, temperature 100 ℃)
TiO2酸浸溶出后, 在溶液中以TiO2+形式存在
2.1.4 物料粒度对TiO2酸解率的影响
实验结果如表2所示。 粒度越小, 物料比表面积大, 越有利于TiO2浸出反应进行。 当粒度小于147 μm后, TiO2酸解率的提高已不明显。 这是因为粉料太细, 加入硫酸后的瞬时反应速度较大, 易产生固结, 不利于反应的继续。 综合考虑能耗和酸耗物料粒度以147 μm为宜。
表2 物料粒度对TiO2酸解率的影响 Table 2 Influence of granularity of material on TiO2 leaching rate
Sulfuric acid 50%, ratio of slag to sulfuric acid 1∶1.56, temperature 100 ℃, time 8 h.
2.1.5 硫酸质量分数对TiO2酸解率的影响
硫酸质量分数越高越有利于酸解反应进行, 但在60%H2SO4时, 受渣酸比限制, 溶液不能完全浸泡物料, 使反应进行不完全 (图4) 。 实验还发现, 当降低渣酸比时, 60%硫酸的TiO2酸解率可达95%以上, 即使20%的硫酸酸解率也在60%以上。
2.2 水解
图4 硫酸质量分数对TiO2酸解率的影响
Fig.4 Influence of mass fraction of sulfuric acid on TiO2 leaching rate (Slag size 75 μm, ratio of slag to sulfuric acid 1∶1.56, temperature 100 ℃, time 8 h)
酸解使高炉渣中的TiO2转移到酸解液中, 部分Al, Mg及Fe也进入溶液。 将高炉渣酸解、 过滤后得到的母液 (称硫酸钛液) 进行化学分析
表3 硫酸钛液 (TiOSO4) 化学成分 Table 3 Chemical composition of solution containing TiOSO4 (g·L-1)
Condition of leaching: slag size 106 μm, time 8 h, temperature 110 ℃, ratio of slag to sulfuric acid 1∶1.56.
溶液中Ti不以简单的Ti4+离子存在, 而是通过氧原子形成聚合结构的 (TiO)
将此硫酸钛液移取约2%进行稀释, 稀释为原移取量的8%左右。 将稀释液加热沸腾15~20 min, 留待做晶种。 缓慢加入晶种, 控制水解时间为2 h。 将沉淀过滤、 洗涤, 在800~900 ℃煅烧, 得到微黄色TiO2, 其化学分析结果如表4所示。
表4TiO2产物的化学组成 Table 4 Component of TiO2 production (mass fraction, %)
钛液水解是个复杂的过程, 钛液浓度、 晶种制备及其加入量、 水解温度、 反应时间、 搅拌方式、 添加剂、 杂质成分和含量等均影响产物的粒子性能。
3 结论
1) 加压酸解的适宜条件为: 30%~50%硫酸, 酸解时间8 h, 粒度104~147 μm, 反应温度100~110 ℃, 渣酸比1∶1.17~1∶1.56。
2) 酸解液水解制取钛工艺简单, 品位可达90%TiO2以上。
参考文献