亚熔盐法钛白工艺研究
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传统的钛白粉制备方法有：硫酸法、氯化法、盐酸法、混合法等。基于我国钛资源现状，针对钛白粉生产过程中“三废”排量大及环境污染重等问题，中国科学院过程工程研究所湿法冶金清洁技术国家工程实验室提出了低碱耗、常压氢氧化钠亚熔盐分解高钛渣生产二氧化钛新工艺[7-10]。新工艺中实现了酸碱双循环利用，减少了对环境的污染，并实现多金属回收利用，目前该工艺已实现了千吨级运行。本文在成熟的高钛渣碱熔盐法制钛白的基础上，展开了对直接还原含钛炉渣制备钛白粉的实验研究。
1试验方法
1.1反应原料和试验设备
试验所用原料是由攀钢集团经“转底炉煤基直接还原—电炉深还原、熔分工艺”技术得到的含钛炉渣（以下简称50#渣），试验前经湿磨并筛分选取200目以下原料。50#渣中TiO2含量为45.53%，杂质钙镁铝硅高达50%，详见表2.1.主要物相组成为镁黑钛石（MgTi2O5）、镁铝尖晶石（MgAl2O4）、Ti3O5固溶体、普通辉石（Ca（Mg、Al、Fe）Si2O6等成分详见图2.1。试验所用的氢氧化钠购自西陇化工股份有限公司，硫酸和盐酸均购自北京化工厂，规格均为分析纯。亚熔盐反应所用的设备为自制的常压亚熔盐反应釜、电动搅拌器（D-8401-WZ，天津华兴科学仪器厂）及控温仪（CKW-2100，北京朝阳自动化仪器厂）。离子交换及水解设备为250ml玻璃三口瓶、温度计及搅拌桨。
1.2试验步骤和分析方法
1.2.1试验步骤按一定碱渣比称取氢氧化钠固体和50#渣，混合均匀，放入反应釜中，搅拌转速为200r/min，在一定温度下反应1h，反应后取出熔盐产物分析其成分含量及物相组成。将熔盐产物经过多级固态离子交换后，放入三口瓶中，称取适量的硫酸（500g/L）溶液，与交换料混合均匀，放入水浴中，在常温下反应2h。过滤收集滤液，采用滴定法测量钛液中TiO2浓度及有效酸系数F值（有效酸与总钛量之比）。将所得钛液经除杂后，放入玻璃三口瓶中，在温度为105℃下反应2h，经过滤后取滤饼，水洗后烘干得到偏钛酸，取适量测其粒度分布，并将其放入马弗炉中煅烧1h得到二氧化钛产品。
1.22分析方法取上述试验所得到的固相均在干燥后分别采用X'PertPROMPDX射线衍射仪(XRD，荷兰PANalytical公司,CuKα辐射,40kV,40mA)分析物相结构,用顺序扫描型X射线荧光光谱仪(XRF，荷兰PANalytical公司)及电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP-OES，美国PerkinElmer公司，Optima5300DV）分析固相主要氧化物的含量,用Mastersizer2000型激光粒度分析仪(英国MalvernInstruments公司)分析粒度。
2结果与讨论
2.1原料预处理
本试验中直接亚熔盐反应中出现结块现象，通过低温预处理脱硅，并使得原料中的辉石结构消失，生成了Mg2SiO4，打破了原有的矿相结构，从而改善熔盐反应的结块问题。我们也能从微观形貌直观的看到这一现象的变化。原料结构表面致密紧实，处理后的50#渣表面增加了很多针状物，其成分为Mg2SiO4，可发挥一定的抗结作用。
2.2亚熔盐反应试验条件
本试验中影响亚熔盐反应的实验条件分别为碱渣比、时间、温度及粒度；针对上述因素分别作单因素实验。当温度大于450℃时钛转化率在96%以上；反应时间在60～90min之间时，钛转化率在97%以上；碱渣比大于1:1时，钛转化率维持在96%以上；粒径在45μm以下时，钛转化率在95%以上。实验结果如图3.1所示；得出熔盐反应最佳实验条件为：温度450℃，反应时间60min，碱渣比为1:1，钛渣粒径在45μm以下。
2.3钛液制备及净化
亚熔盐产物经过多级固相离子交换得到的水洗产物，在低浓度硫酸溶液中溶解得到钛液，ICP分析其含量结果如表3.2；由滴定法测得有效酸为336.2g•L-1，F值=1.9；从表中可以看出，钛液中杂质含量以镁、铝、硅为代表元素。其中镁离子不会参与水解，铝离子在酸性抑制下无法水解。钛液净化主要采用深层絮凝和深层过滤的手段，过滤得到净化后钛液。
2.4水解制备偏钛酸及煅烧
偏钛酸的粒度分布对产品性能有一定影响。王勇等试验表明：当偏钛酸粒径D（0.5）=1.3~1.5μm之间时，煅烧后二氧化钛产品粒度及消色力最佳[11]。因此控制水解前钛液浓度、杂质含量、水解温度及时间对偏钛酸粒度都会产生较大影响。本文在上述实验得到的钛液条件下，在105℃下，水解2h得到偏钛酸的粒度D（0.5）=1.34μm，有利于下一步煅烧产品性能。偏钛酸经过700℃煅烧1h，得到二氧化钛产品，经XRF测量结果如表3.3所示；经XRD分析为锐钛型二氧化钛；经过后期处理得到粒度在300nm左右的二氧化钛产品。
3结论
通过对氢氧化钠亚熔盐制备钛白方法的工艺研究，得到合适的实验条件：温度450℃，时间60min，碱渣比1.0：1，粒径200目以下。通过预脱硅并改变矿相结构，将辉石转变为镁硅酸盐，有效解决熔盐反应中的结块问题。钛液中TiO2浓度在180g/L以上且F值=1.9时有利于水解制备粒度合格的偏钛酸。
作者：王淑奕 金英杰 初景龙 齐涛 单位：中国科学院过程工程研究所绿色过程与工程重点实验室 湿法冶金清洁技术国家工程实验室