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钛铁矿机械活化_稀酸酸解反应耦合

第 30 卷第 4 期2014 年 8 月化学反应工程与工艺Chemical Reaction Engineering and TechnologyVol 30, No 4Aug. 2014文章编号:1001—7631 ( 2014 ) 04—0321—08钛铁矿机械活化-稀酸酸解反应耦合杜 均,李 春,袁绍军,岳海荣,梁 斌(四川大学化工学院,四川 成都 610065)摘要:采用稀酸酸解反应工艺,利用机械活化-稀酸酸解反应耦合技术,在磁驱转动的球磨反应装置上进行了钛铁矿的酸解反应。考察了反应器旋转速率、酸矿比、球料比及硫酸浓度等对酸解反应的影响。结果表明, 在硫酸质量分数为 60%、酸矿比 1.6:1、球料比 10:1 及反应温度 90 ℃条件下,与原矿浸出反应空白实验相 比,采用活化-浸出耦合反应的浸出速率明显提高,浸出 2 h 酸解率从 32%提高到 49%,所得钛液的稳定性 大于 450 mL。扫描电镜(SEM)及 X 射线衍射(XRD)表征结果表明,耦合反应使得矿物颗粒不断破碎、 细化和脱落,使剩余未活化芯继续活化并不断反应浸出。关键词:钛铁矿 活化 稀酸酸解 耦合 二氧化钛中图分类号:TQ620.6文献标识码:A我国的钛资源以钛铁矿为主,约占钛资源的 90.5%,是我国钛白粉生产的主要原料。由于原料限制,我国钛白粉生产基本都采用硫酸法工艺[1]。硫酸法工艺采用质量分数为 85%左右硫酸分解钛铁矿, 净化钛液后,通过水解得到偏钛酸,偏钛酸再经过洗涤和煅烧得到钛白粉。酸解反应过程中加入的硫 酸在水解阶段放出,每生产 1 吨钛白粉将排出 8~10 吨质量分数约 20%的水解废酸,废酸的处理非常 困难。如果将稀硫酸浓缩到 80%回用,则能耗高,成本几乎是新购硫酸的数倍。大部分工厂采用石灰 中和法处理后排放[2],既浪费了硫资源,也产生了大量硫酸钙废渣。若能实现稀硫酸(如质量分数为40%~60%)用于分解钛铁矿,可以将水解废酸配以高浓度的新酸(98%)进行废酸循环利用,不仅 降低废酸处理成本,同时减少新酸消耗。20 世纪 80 年代,美国 NL 公司[3]利用质量分数为 25%~60% 的稀酸酸解钛铁矿,在温度 140 ℃下酸解率达到 85%,但是酸解时间长达 48 h。稀酸酸解钛铁矿的 难点是活性太低,长时间的酸解容易造成钛液的提前水解,降低酸解率和产品质量。机械活化是强化矿物浸出的有效手段[4,5],机械力造成固体的晶格畸变、表面活化以及颗粒细化, 可提高钛铁矿活性,从而实现稀酸酸解反应过程。Welham 等[6]采用滚筒磨活化澳大利亚砂矿型钛铁矿80 h,然后按 100 mL 质量分数 50%的 H2SO4 对应 1 g 钛铁矿的酸矿,在 100 ℃下浸出 2 h,钛的浸出率可达 90%以上。然而,机械活化受到机械力能量的限制和活化微粒淬灭的影响,往往只限于表面层 活化。活化的表面层与稀酸反应后,剩余未活化芯很难继续与稀酸反应[7]。动力学实验表明[6,8-10],机 械预处理主要增强的是初期浸出阶段,而对后期基本没有改善,因此,寻求一个高效的机械活化方法 是非常必要的。景建林等[11,12]采用磨浸结合的方法,在稀酸中活化并浸取钛铁矿。磨浸结合的好处是 原位活化的钛铁矿颗粒表面很快同稀酸发生反应并溶入稀酸,即使产生表面固体产物也可以在颗粒碰 撞过程中脱落,从而使剩余未活化矿物芯继续活化,不断反应浸出,保证浸出反应得到较高的固体转 化率。由于钛铁矿酸解是在强酸条件下完成,普通的磨矿设备由于腐蚀等原因,很难实现工业化。收稿日期:2013-11-01;修订日期:2014-02-26。作者简介:杜均(1987—),男,硕士;梁 斌(1966—),男,教授,通讯联系人。E-mail:mailto:liangbin@scu.edu.cnliangbin@scu.edu.cn。化学反应工程与工艺2014 年 8 月322为实现磨浸结合的机械活化-酸解反应耦合,本工作采用了一套新的磨矿反应装置,可有效解决反应过程的腐蚀等问题。反应器的金属反应筒体由一组三相异步电动机的定子绕组产生交变磁场驱 动,金属筒内壁作耐酸防腐处理。反应器中的磨球在稀酸溶液中对矿料进行研磨,实现活化和反应的 同步进行。同时考察了机械活化-稀酸酸解反应耦合条件对钛白矿浸出的影响,为这种新装置的改进和实现工业化提供参考。1 实验部分1.1 实验原料实验用钛铁矿由攀枝花鼎星钛业有限公司提供,其化学成分如表 1 所示。X 射线衍射(XRD)分 析表明该矿主要物相为 FeTiO3。实验选用的未活化矿物为 0.10~0.15 mm,放置一年以上,活化处理前 于 120 ℃下干燥 3 h,然后置于干燥器中备用。表 1 实验用钛铁矿化学组分Table 1 C

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