鈦礦酸解反應(yīng)性能的試驗(yàn)研究

潘 建

銅陵化學(xué)工業(yè)集團(tuán)公司 （安徽銅陵 244000）

鈦礦酸解反應(yīng)性能的試驗(yàn)研究

潘 建

銅陵化學(xué)工業(yè)集團(tuán)公司 （安徽銅陵 244000）

在精細(xì)化操作條件下，以X礦為衡量標(biāo)準(zhǔn)，南澳礦、越細(xì)礦或其混配礦均能得到良好的酸解，且所得鈦液的過(guò)濾分離性能均能滿足裝置要求。絮凝劑的濃度和用量是關(guān)鍵性參數(shù)。對(duì)南澳礦與越細(xì)礦，或其混配礦（8∶2～6∶4），當(dāng)預(yù)混酸質(zhì)量濃度為95%～98%、反應(yīng)酸質(zhì)量濃度為85%～90%時(shí)，85℃以下開(kāi)始引發(fā)主反應(yīng)。緩慢供熱，在控制最終料溫低于205℃的情況下，可取得良好效果。依據(jù)所確定的評(píng)價(jià)體系，可對(duì)不同鈦礦或其混配礦的酸解性能和鈦液過(guò)濾分離性能作出評(píng)價(jià)，并對(duì)裝置生產(chǎn)的技術(shù)參數(shù)確定提供指導(dǎo)意見(jiàn)。

鈦礦 酸解性能 評(píng)價(jià)體系

由于受礦源多元化影響，某鈦白粉裝置工藝控制難度增加、產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生波動(dòng)。本課題通過(guò)研究建立了一個(gè)小型酸解實(shí)驗(yàn)室模型，確立了鈦礦酸解性能評(píng)價(jià)體系；研究了不同配比鈦礦的酸解性能差異試驗(yàn)、相關(guān)試驗(yàn)條件變化時(shí)對(duì)酸解各項(xiàng)指標(biāo)的影響，并與工業(yè)生產(chǎn)建立聯(lián)系，為裝置化生產(chǎn)提供合理的技術(shù)參數(shù)，解決了裝置化生產(chǎn)中遇到的工藝問(wèn)題。

1 試驗(yàn)研究

1.1 試驗(yàn)原料

（1）工業(yè)硫酸，98%；

（2）鈦礦，品種與配比情況見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)方法說(shuō)明

（1）實(shí)驗(yàn)室不具備壓縮空氣攪拌的條件，浸取前成熟的固相物需借助外力打碎，才可以使浸取順利進(jìn)行，選擇1000mL的燒杯作為酸解反應(yīng)容器。（2）廣口燒杯的缺點(diǎn)是熱量散失得非?？?，且反應(yīng)體系比較小，光靠自身的稀釋熱很難發(fā)生主反應(yīng)，故采用了油浴預(yù)熱，并用油浴對(duì)成熟固相物進(jìn)行保溫。同理沉降用水浴保溫。（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件，確定了100 g的鈦礦反應(yīng)體系。（4）工業(yè)鐵粉帶來(lái)的雜質(zhì)非常多，故選用試劑級(jí)的鐵粉還原物料。

1.3 試驗(yàn)方法

按設(shè)定的酸礦比，將定量酸和定量礦于燒杯中混合，并進(jìn)行充分?jǐn)嚢琛Ｈ缓髮湃?60℃的導(dǎo)熱油中，進(jìn)行攪拌反應(yīng)，當(dāng)料溫達(dá)到設(shè)定的引發(fā)溫度時(shí)，加入指定量的引發(fā)水，當(dāng)主反應(yīng)開(kāi)始后，停止攪拌，物料自行反應(yīng)。主反應(yīng)結(jié)束后，置物料于160℃的導(dǎo)熱油中保溫熟化30min。保溫熟化完畢后，于室溫條件下自然冷卻30min?？刂扑囟葹?0～65℃，浸取液為：2 g硫酸（24%）+248 g水；攪拌1 h。控制料溫（60±2）℃，加入鐵粉，再攪拌反應(yīng)30min。逐步加入質(zhì)量濃度為0.0002的絮凝劑，沉降60min。然后分離除去淤渣。淤渣用酸性水（2 g 24%的硫酸+248 g水）浸洗后分離棄除。濾液逐步冷卻至6℃左右，固液分離得到鈦液。亞鐵鹽用淤渣浸洗水浸洗，再分離棄除亞鐵鹽。

1.4 試驗(yàn)流程

酸解試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵?jiàn)圖1。

1.5 試驗(yàn)條件

酸解試驗(yàn)與裝置化生產(chǎn)條件對(duì)比情況見(jiàn)表2。

2 結(jié)果與討論

本試驗(yàn)主要為選擇與考察評(píng)價(jià)酸解反應(yīng)的誘導(dǎo)條件，以及絮凝劑的使用對(duì)酸解反應(yīng)、鈦液過(guò)濾性能的影響。在鈦礦酸解工序中，對(duì)酸解產(chǎn)生影響的因素主要為礦品質(zhì)、礦石反應(yīng)活化能和酸解反應(yīng)的誘導(dǎo)條件；對(duì)凈化產(chǎn)生影響的因素主要為絮凝劑的使用和酸解反應(yīng)的誘導(dǎo)條件。

2.1 礦品質(zhì)對(duì)酸解性能的影響

（1）品位及組分

二氧化鈦品位高低及其所含金紅石組分多少直接影響硫酸的耗用量與酸解率，非本試驗(yàn)所關(guān)注。

（2）m(FeO)∶m(Fe2O3)

Fe2O3品位的變化，對(duì)酸耗、酸解、沉降效果以及還原劑用量和沉降工藝會(huì)產(chǎn)生影響。選用生產(chǎn)中的礦種及配礦進(jìn)行試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，就酸解性能而言，單一使用越細(xì)礦最好，南澳礦與越細(xì)礦配比（6∶4）次之。見(jiàn)表3。

（3）Al2O3和SiO2含量

由于它們?cè)谒嵋褐械哪z體性質(zhì)，對(duì)酸解產(chǎn)物質(zhì)量和鈦液沉降效果有極大影響。對(duì)酸解淤泥及鈦液的過(guò)濾分離性能進(jìn)行定性比較與分析判斷，結(jié)果表明使用南澳礦分離性能最佳。見(jiàn)表3。

2.2 酸解反應(yīng)誘導(dǎo)條件

礦石反應(yīng)活化能對(duì)酸解反應(yīng)誘導(dǎo)條件的選擇起決定作用。本試驗(yàn)的重點(diǎn)是調(diào)控不同的酸礦比、預(yù)混配濃度與反應(yīng)酸濃度、起始反應(yīng)溫度與物料最高溫度、反應(yīng)所需熱能供給方式與供給速率等。

（1）酸礦質(zhì)量比

酸礦質(zhì)量比對(duì)酸解反應(yīng)能否進(jìn)行、酸解程度以及主反應(yīng)的劇烈程度等都起著決定作用。在評(píng)價(jià)試驗(yàn)中，相同條件下，當(dāng)酸礦質(zhì)量比≤1.60時(shí)，酸解反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行；當(dāng)酸礦質(zhì)量比≥1.70時(shí)，酸解反應(yīng)可正常進(jìn)行。并且，當(dāng)酸礦質(zhì)量比較低時(shí)，反應(yīng)物料固化難，呈膠泥狀；當(dāng)酸礦質(zhì)量比較高時(shí)（≥1.9時(shí)），反應(yīng)劇烈且時(shí)間長(zhǎng)，反應(yīng)物料易板結(jié)。

（2）酸解反應(yīng)的加熱速率

試驗(yàn)中酸解反應(yīng)的加熱速率是指加入引發(fā)水后單位時(shí)間提供給物料的熱能。試驗(yàn)選擇導(dǎo)熱油（即緩速供熱）和電爐（即強(qiáng)烈供熱）兩種方式，以模擬生產(chǎn)中不同蒸汽壓力的情況。試驗(yàn)結(jié)果表明，在相同情況下進(jìn)行不同的加熱速率酸解反應(yīng)，固相物和鈦液性能有著本質(zhì)差別。強(qiáng)烈的供熱主反應(yīng)迅猛，物料短時(shí)間內(nèi)高度膨脹，并導(dǎo)致固相物性狀差，板結(jié)而不易浸取，淤泥和所得鈦液的過(guò)濾分離性能差；而緩速供熱則不存在這些問(wèn)題，僅是需要較長(zhǎng)的引發(fā)時(shí)間。需要注意的是，當(dāng)采用強(qiáng)烈供熱時(shí)，主反應(yīng)開(kāi)始即應(yīng)停止加熱，否則，物料仍將快速升溫，酸解效果惡化。

（3）酸解反應(yīng)的引發(fā)溫度

酸解反應(yīng)的引發(fā)溫度決定了主反應(yīng)的劇烈程度、物料膨脹程度、主反應(yīng)時(shí)間，并影響所得鈦液的過(guò)濾分離性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，相同情況下適宜的引發(fā)溫度（70～90℃）使酸解主反應(yīng)平和，反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，物料膨脹緩和，固相物性狀好，所得鈦液的過(guò)濾分離性能好。而較高的引發(fā)溫度（≥110℃）使主反應(yīng)較迅猛，物料膨脹較大，且固相物性狀差，板結(jié)而不易浸取，淤泥和所得鈦液的過(guò)濾分離性能差。

（4）酸解反應(yīng)物料最高溫度的控制

控制酸解反應(yīng)物料的最高溫度，有著重要的作用。試驗(yàn)結(jié)果表明，相同情況下，反應(yīng)物料的最高溫度越高，尤其是高于220℃后，主反應(yīng)越劇烈，物料越易板結(jié)且不易浸取，淤泥和所得鈦液的過(guò)濾分離性能越差，同時(shí)酸解率越低。

2.3 絮凝劑的使用

絮凝劑的使用是決定所得鈦液過(guò)濾分離性能的關(guān)鍵。加入量過(guò)少，不足以中和料液中的金屬離子正電荷基團(tuán)，鈦液過(guò)濾分離困難；過(guò)多，則絮凝劑形成的膠凝性同樣會(huì)使鈦液過(guò)濾分離困難。同時(shí)絮凝劑的質(zhì)量濃度過(guò)高（≥0.0003），將會(huì)增加用量的判定，也使鈦液過(guò)濾分離困難。

2.4 酸解率情況

實(shí)驗(yàn)室酸解反應(yīng)一直存在收率較低的問(wèn)題，根據(jù)試驗(yàn)情況，分析結(jié)果如下（在相同反應(yīng)條件下進(jìn)行對(duì)比）：礦粉細(xì)度影響較大，用320目（不銹鋼材質(zhì)）篩余物，200目礦粉（篩余粉＜5%）進(jìn)行酸解實(shí)驗(yàn)，結(jié)果反應(yīng)緩慢，無(wú)劇烈反應(yīng)現(xiàn)象，一直產(chǎn)生輕微煙霧不稠化，當(dāng)預(yù)熱溫度達(dá)到220℃時(shí)仍是如此，320目礦粉反應(yīng)效果理想。原始酸濃度為98%時(shí)比95%收率略高；反應(yīng)酸濃度低（85%）的收率略高于反應(yīng)酸濃高（95%）的收率；油浴緩慢加熱引發(fā)反應(yīng)的情況下收率略高于電爐加熱引發(fā)的情況；體系較大的比體系較小的收率明顯高。通過(guò)對(duì)鈦礦各種配比的酸解性能分析，從收率上來(lái)看，單一越細(xì)礦性能較好，收率在91%以上，而其他南澳礦權(quán)重較大的配比中，收率都較低。其中，單一南澳礦和南澳礦/越細(xì)礦（8∶2）的收率較好，南澳礦/越細(xì)礦（6∶4）的收率最差，僅為74%。

2.5 配比鈦礦酸解性能的評(píng)價(jià)體系

在實(shí)驗(yàn)室條件下，確定了鈦礦酸解，性能的評(píng)價(jià)體系，見(jiàn)表4。

3 結(jié)論

在精細(xì)化操作條件下，以X酸解礦為衡量標(biāo)準(zhǔn)，南澳礦、越細(xì)礦或其混配礦均能得到良好的酸解，所得鈦液的過(guò)濾分離性能均能滿足現(xiàn)裝置要求，且絮凝劑的使用（濃度和用量）是關(guān)鍵性參數(shù)。

（1）就酸解反應(yīng)活性而言，同等條件下，越細(xì)礦優(yōu)于南澳礦。

（2）就酸解所得鈦液的過(guò)濾分離性能而言，同等條件下，南澳礦遠(yuǎn)優(yōu)于越細(xì)礦，優(yōu)選條件下，其過(guò)濾分離性能僅稍差于優(yōu)質(zhì)的X礦；但在不適當(dāng)?shù)那闆r下，其過(guò)濾分離性能將會(huì)顯著下降。

（3）就南澳礦與越細(xì)礦混配而言，同等條件下，隨著（南澳礦/越細(xì)礦）配比的降低，酸解所得鈦液的過(guò)濾分離性能將會(huì)逐漸下降。在南澳礦與越細(xì)礦的配比為8∶2時(shí)，操作條件仍然較為寬松，當(dāng)比值下降至6∶4時(shí)，操作條件將較為嚴(yán)格。

（4）比較南澳礦與越細(xì)礦，南澳礦反應(yīng)活性較差，難酸解，但所得鈦液的過(guò)濾分離性能較好，宜低溫緩慢引發(fā)主反應(yīng)；越細(xì)礦反應(yīng)活性較好，易酸解，但所得鈦液的過(guò)濾分離性能較差。就酸解反應(yīng)的誘導(dǎo)條件而言，對(duì)于南澳礦與越細(xì)礦或其混配礦（8∶2～6∶4），當(dāng)預(yù)混酸質(zhì)量濃度為95%～98%、反應(yīng)酸質(zhì)量濃度為85%～90%時(shí)，在85℃以下開(kāi)始引發(fā)主反應(yīng)，緩慢供熱，控制最終料溫低于205℃的情況下，可取得良好效果。

（5）就絮凝劑的使用而言，其配制操作的優(yōu)劣將嚴(yán)重影響鈦液的過(guò)濾分離性能，充分溶脹溶解的絮凝劑液使用效果較好；對(duì)于南澳礦與越細(xì)礦或其混配礦，其使用的質(zhì)量濃度應(yīng)在0.0001～0.0002之間，當(dāng)質(zhì)量濃度達(dá)到0.000 3時(shí)，鈦液的過(guò)濾分離性能將顯著惡化而無(wú)法操作。

（6）在實(shí)驗(yàn)室條件下，確定了鈦礦酸解性能的評(píng)價(jià)體系?？蓪?duì)不同鈦礦或混配礦的酸解性能、鈦液過(guò)濾分離性能作出評(píng)價(jià)，以期對(duì)裝置生產(chǎn)的技術(shù)參數(shù)確定提出指導(dǎo)意見(jiàn)。

Research on the Acidolysis Properties of Titanium Ore

Pan Jian

Under refined operation conditions,taking X ore as themeasuring standard,south-Australia ore,Vietnam fine particle ore and theirm ixed-ores could be well dissolved and the filtration and separation of titanium liquors could be accomplished with current device.Also,the concentration and quantity of flocculantwere key parameters.For south-Australia ore,Vietnam fine particle ore and themixed ores(themass ratio was 8∶2～6∶4),themain reaction would happen when the temperature was below 85℃,the concentration of pre-mixed acid was 95%～98%and the concentration of the reaction acid was 85%～90%.Good results were obtained under a slow heat-supply system when the final reactant temperature was controlled below 205℃.According to the determined evaluation system,we could evaluate the acidolysis properties of different titanium ores and the mixed ores,assess the filtration and separation performances of the titanium liquors,besides,proffer guide suggestions for ascertaining technical parameters ofmanufacturing.

Titanium ore;Acidolysis properties;Evaluation system

TQ 110.3

2014年6月

潘建 男 1965年生 高級(jí)工程師現(xiàn) 任銅陵化學(xué)工業(yè)集團(tuán)公司技術(shù)中心主任兼總工程師 長(zhǎng)期從事化工與資源化綜合利用技術(shù)研究工作 已發(fā)表論文4篇 授權(quán)發(fā)明專利6項(xiàng)