含钛硫酸浸出液的水解研究.pdf

2 0 1 2 年7 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m r mc n 2 7 鲥1 0 ．3 9 6 9 ／J ．i s s m1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 2 ．0 7 ．0 0 7 含钛硫酸浸出液的水解研究 宋强，王家伟，徐本军 贵州大学材料与冶金学院，贵阳5 5 0 0 0 3 摘要制备了含钛硫酸浸出液，并通过单因素和正交试验考查了水解时间、水解温度和钛液浓度对水解 率的影响。结果表明，影响二氧化钛水解率因素的主次顺序为；水解温度、钛液浓度和水解时问。较佳 水解条件为水解温度9 5 ℃、钛液浓度I I Og ／L ，水解时间2 1 0r a i n ，此时，水解率为9 7 ．1 2 ％，能满足工 业生产要求。 关键词赤泥；富钛渣；硫酸} 水解；正交试验 中图分类号T F 8 2 2 文献标识码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 2 0 7 - 0 0 2 7 0 3 R e s e a r c ho nH y d r o l y s i so fT i t a n i u mS o l u t i o nL e a c h e db yS u l f u r i cA c i d S O N GQ i a n g ，W A N GJ i a w e i ，X U EB e n - ja n M a t e r i a l sa n dM e t a l l u r g i c a lC o l l e g e ．G u i z h o uU n i v e r s i t y ．G u i y a n g5 5 0 0 0 3 ，C h i n e A b s t r a c t T h et i t a n i u ms o l u t i o nl e a c h e db ys u l f u r i c a c i dw a sp r e p a r e d ，a n dt h ee f f e c t so fh y d r o l y s i st i m e ， h y d r o l y s i st e m p e r a t u r ea n dt i t a n i u mc o n c e n t r a t i o no nh y d r o l y s i sr a t ew e r es t u d i e dw i t hs i n g l ea n do r t h o g o n a le x p e r i m e n t ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ef a c t o r ss e q u e n c e da c c o r d i n gt ot h es i g n i f i c a n tl e v e lw e r eh y d r o l y s i st e m p e r a t u r e ，t i t a n i u mc o n c e n t r a t i o na n dh y d r o l y s i st i m e ，r e s p e c t i v e l y ．T h eo p t i m u mh y d r o l y s i sc o n d i t i o n si n c l u d eh y d r o l y s i st e m p e r a t u r eo f9 5 ℃，t i t a n i u mc o n c e n t r a t i o no f1 1 0g ／L ，h y d r o l y s i st i m eo f2 1 0 m i n ，u n d e rw h i c h ，t h eh y d r o l y s i sr a t er e a c h e s9 7 ．1 2 ％，m e e t i n gt h er e q u i r e m e n to fi n d u s t r i a lp r o d u c t i o n ． K e yw o r d s r e dm u d ；T i e n r i c h e ds l a g ；s u l f u r i ca c i d ；h y d r o l y s i s ；o r t h o g o n a le x p e r i m e n t 每生产1t 氧化铝要排出1 ～1 ．3t 赤泥[ 1 ] ，通 常都是筑坝堆存，不仅占用大量土地，而且还造成其 中钛、铁等资源的浪费。近年来，研究者对赤泥的综 合利用进行了大量研究[ 2 _ 8 ] 。采用硫酸法对赤泥处 理后制备钛白粉是一种比较有前景的方法，且附加 值高，前期作者对赤泥富钛渣的硫酸浸出开展了大 量研究[ 9 ] ，在此基础上，本文进一步探讨水解时间、 钛液浓度、水解温度等对钛液水解率的影响，以期为 赤泥的综合利用开辟新途径。 1试验 1 ．1 浸出液的制备 采用某氧化铝厂的赤泥制备低铁富钛渣[ 。] ，其 化学成分为 ％ ；T i5 1 ．8 8 、S i 0 24 ．3 0 、C a O0 ．6 4 、 M g O1 ．6 5 、F e 2 0 。1 - 8 1 。富钛料主要含钛，还有铁、 钙、镁、硅等元素，含量不是太高。物相分析发现钛 主要以T i O 和F e 2 T i 0 。形态存在。将上述富钛渣 在1 8 0 ℃、1 4 0r a i n 和硫酸浓度为9 5 ％的条件下进 行浸出，制备得合格的浸出液。 收稿日期2 0 1 1 1 2 1 9 基金项目贵州省科学技术基金项目 黔科合J 字[ 2 0 0 9 1 2 0 5 7 号 l 贵阳市科技计划项目 [ 2 0 1 0 ] 筑科I 合同字第l 一7 6 号，筑科 台同E Z O l l Z O S ] S 一7 号 作者简介宋强 1 9 7 9 一 。男．贵州纳雍人．硕士．讲师． 万方数据 2 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m r a ．c n 2 0 1 2 年7 期 1 ．2 试验原理 将钛液加热并维持沸腾，加蒸馏水进行稀释，钛 液便发生水解反应，生成白色的俗称偏钛酸沉淀，反 应如下 T i O S 0 4 - t - n H 2 0 T i 0 2 n 一1 H 2 0 H 2 S O , 1 T i S 0 4 2 n H 2 0 T i 0 2 n 一1 H 2 0 ★ H z S O ， 2 由于水解反应在较高硫酸浓度下进行，且随着 水解反应进行，与钛化合的硫酸逐渐游离出来，增加 了游离酸的浓度，此时杂质金属硫酸盐不发生水解， 钛液中绝大部分杂质残留在水解母液中，从而实现 二氧化钛与杂质的分离。 1 ．3 试验过程及设备 试验装置见文献[ 9 - 1 。量取试验所需体积的蒸 馏水于反应容器中，加热到一定温度，均匀加入一定 量钛液，控制一定钛液浓度，升温到水解温度并保温 进行水解反应。待水解反应时间到达后，进行过滤并 洗涤，所得产品烘干并分析其中的钛，并按式 3 计 算钛的水解率 即液相中T i O 转变为固相T i 0 的 百分比 。然后通过电镜对产品进行表征。 水解率 ％ _ 1 一黼 纛瓣嚣蔷黠煳o ㈤浓钛液总钛量一浓钛液T i ”量⋯v v ”7 2 结果与讨论 2 ．1 水解时间 水解温度8 5 ℃，钛液浓度9 0g ／L ，当水解时间 分别为9 0m i n 、1 3 0m i n 、1 7 0m i n 、2 1 0m i n 和2 5 0 m i n 时，钛液水解率分别为8 1 ．2 5 ％、8 2 ．7 7 ％、 8 4 ．0 5 ％、8 5 ．4 5 ％、8 6 ．0 9 ％。 结果表明，钛液水解率随水解时间的延长基本 呈平缓直线上升，且当时间大于2 1 0m i n 后，增加的 幅度有所降低。这是由于随着水解时问延长，晶核 逐渐长大，生成的偏钛酸逐渐增加，当偏钛酸的量增 加到某一值后，将不再继续增加，已生成的偏钛酸可 能会反溶于钛溶液中，因此钛液水解率会随着时问 的延长呈上升趋势，但在某一时刻之后，其上升趋势 将减缓甚至呈现下降趋势。 2 ．2 水解温度 水解时间2 1 0m i n ，钛液浓度9 0g ／L 时，当水解 温度分别为5 5 ℃、6 5 ℃、7 5 ℃、8 5 ℃和9 5 ℃时，钛 液水解率分别为5 3 ．1 2 ％、6 6 ．4 5 ％、7 7 ．1 8 ％、 8 5 ．4 5 ％、9 1 ．7 2 ％。 随着水解温度的升高，钛液水解率逐渐增大，这 是因为钛液的水解是吸热反应，升高温度有利于水 解反应的正向进行。同时，在钛液中还含有少量不 会发生水解反应的三价钛离子，当温度升高后，部分 三价钛离子被空气氧化为四价钛离子后发生水解反 应。当温度升高到9 5 ℃时，钛液的水解率为 9 1 ．7 2 ％，可满足工业化的生产需要。因此，为了获 得较高水解率，应尽量提高水解温度，但温度过高， 对设备的需求提高。因此，水解温度为9 5 ℃时，比 较适宜工业化生产。 2 ．3 钛液浓度 水解时间2 1 0m i n 。水解温度9 5 ℃，当钛液浓 度分别为5 0g ／L 、7 0g l L 、9 0g ／L 、1 1 0g ／L 和1 3 0 g ／L 时，钛液水解率分别为5 7 ．5 4 ％、7 8 ．3 6 ％、 9 1 ．7 2 ％、9 7 ．1 2 ％、9 5 ．4 7 ％。 由此可知，钛液的水解率随钛液浓度的增大而 增大，当钛液浓度增大到1 1 0g ／L 后，水解率转变为 下降趋势。这是因为，当钛液浓度低于i i 0g ／L 时， 随着钛液浓度增加，T i 0 S o ‘和T i S 0 4 2 的浓度较 高，它们与水发生反应生成偏钛酸的可能性增加，但 当钛液浓度大于1 1 0g ／L 后，T i O S O ．．和T i S O ． z 的浓度比较高，反而阻碍了它们与水的接触，对水解 反应带来负面影响。因此，比较适当的钛液浓度为 1 1 0g ／L 。 2 ．4 正交试验 根据上述单因素试验结果，设计L ， 3 3 正交试 验，试验结果见表1 。 表1 正交试验结果 T a b l e1R e s u l t so fo r t h o g o n a le x p e r i m e n t 根据表1 极差分析结果可以看出在考察的3 个因素中，对钛液水解率影响的先后顺序为水解温 万方数据 2 0 1 2 年7 期 有色金属 冶炼部分 h t t p a y s y l ．b g r i m m ．e n 2 9 度、钛液浓度、水解时间。理论最佳水解条件为温 度9 5 ℃、浓度i i 0g ／L ，时问2 5 0m i n 。对表1 数据 进行拟合，可得出水解率的回归方程 式4 ，其相关 系数为0 ．9 8 ，达到回归要求。 l 一一1 9 1 0 ．0 1 2 A 2 2 ．7 7 A 一0 ．0 0 9 5 8 2 2 ．1 9 B 0 ．0 3 6 7 C 4 式中A 为反应温度，℃；B 为钛液浓度，％；C 为反应时间，m i n ；T l 为二氧化钛水解率，％。 在理论最佳条件时，水解率根据式 4 计算值为 9 8 ．9 8 ％，验证试验的水解率为9 8 ．2 2 ％，二者吻合 较好。由于时间对水解率的影响较小，温度9 5 ℃、 浓度1 1 0g ／L ．时间2 1 0m i n 单因素试验钛液水解率 为9 7 ．1 2 ％，此时的水解率已经较高，可以满足工业 化，延长水解时间对提高生产效率意义不大。 3结论 】 随着水解时间的延长、水解温度的升高和钛 液浓度的增大，钛液的水解率逐渐增大。 2 影响钛液水解率因素的主次顺序为水解温 度、钛液浓度、水解时间，较佳水解条件为温度9 5 ℃、浓度1 1 0g ／L ，时间2 1 0m i n ，在该条件下水解率 为9 7 ．1 2 ％。 参考文献 E 1 ] 张江娟．从赤泥中回收二氧化钛的初步研究[ 刀．中国 资源综合利用，2 0 0 3 1 ；2 8 3 0 ． [ 2 ] 攀志华，方永浩，赵成朋，等．藏一矿渣一赤泥水泥的研 究E J ] ．碱酸盐通报，1 9 9 9 3 3 4 4 0 ． [ 3 ] 焦占忠，刑国，王化民．利用工业废渣赤泥和粉煤灰研 制免蒸免烧砖[ J ] ．轻金属，1 9 9 3 6 1 6 1 9 ． [ 4 ] 张培新，阎家强．赤泥制作瓷质砖黑色颗粒料的研究 [ J ] ．矿产综合利用，2 0 0 0 3 4 1 4 3 ． [ 5 ] 王梅，杨家宽，侯健．赤泥粉煤灰免烧免蒸砖的原料与 制备[ J ] ．矿产综合利用。2 0 0 5 4 3 0 3 4 ． [ 6 ] 陈国华，刘心字．矿渣微晶玻璃的制备及展望[ 刀．佛山 陶瓷，2 0 0 2 ，1 2 8 1 6 - 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