微波选择性浸出制取高品质富钛料的研究.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年3 期2 9 微波选择性浸出制取高品质富钛料的研究 孙艳，彭金辉，黄孟阳，张世敏，汪云华，张利波，朱艳丽 昆明理工大学材料与冶金工程学院，云南昆明6 5 0 0 9 3 摘要提出微波加热选择性浸出改性含钛料制取高品质富钛料的新工艺路线，并进行了系统的条件试 验，探索出微波浸出的最佳工艺条件浸出温度1 6 0 “ 2 、浸出时间1 2 0m i n 、漫出剂浓度1 0 ％、浸出矿粒度 一7 5 岫、浸出改性剂5 ％、液固比1 2 1 ，得到了9 6 ．0 8 ％的高品质富钛料。 关键词改性含钛料；微波漫出；选择性；富钛料 中图分类号T F 8 2 3文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 { 2 0 0 6 0 3 0 0 2 9 0 3 S t u d yo nM a k i n gH i g hG r a d eT i t a n i u m - r i c hM a t e r i a lf r o mR e f r a c t o r y T i t a n i u mS l a gb yM i c r o w a v eS e l e c t i v eL e a c h i n gP r o c e s s S U NY a n ，P E N GJ i n h u i ，H U A N GM e n g y a n g ，Z H A N GS h i m i n W A N GY u n h u a ，Z HAN GL i ．b o ，Z H UY a n ．L i K u n m i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y 。K u n m i n g ，Y u n n a n6 5 0 0 9 3 ，C h i n a A b s t r a c t An e wt e c h n o l o g yf o rp r e p a r i n gt i t a n i u m - r i c hm a t e r i a lf r o mr e f r a c t o r yt i t a n i u ms l a gb ym i c r o w a v es e l e c t i v e1 e a c h i n gp r o c e s sw a ss t u d i e d ．T h es y s t e m i cc o n d i t i o n a le x p e r i m e n t sh a db e e nc o n d u c t e do nt h ef l o ws h e e t a n dt h eo p t i m u mt e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r so fm i c r o w a v el e a c h i n gi n c l u d e d 1 6 0 “ 1 2l e a c h e df o r1 2 0m i n ；1 0 ％h y d r o c h l o r i ca c i d ，一7 5 t ．t m ，r a t i oo fl i q u i dt os o l i d1 2 1 ，5 ％a d d i t i v e ．T h ec o n t e n to fT i 0 2o ft i t a n i u m r i c hm a t e r i a lw a s9 6 ．0 8 ％u n d e rt h eo p t i m u mc o n d i t i o n s ． K e y w o r d s R e f r a c t o r yt i t a n i u mm a t e r i a l ；M i c r o w a v e1 e a c h i n g ；S e l e c t i v e ；T i t a n i u m r i c h 嫡矗t 鲫8 l I ‘ 随着天然金红石精矿资源逐渐枯竭，今后高品 质富钛料制取的原料主要是利用储量丰富的钛铁 矿。国外制取富钛料多使用品位较高的砂矿；我国 钛铁矿资源丰富，但以岩矿为主，品位较低 T i 0 2 含 量4 6 ％～4 7 ％ ，钙镁杂质含量高。主要分布在攀 西地区，其次是河北承德地区；砂矿资源主要分布在 两广、海南和云南等地区，矿点比较分散，品位与国 外的相比，相对较低⋯1 。采用电炉熔炼法生产的钛 渣品位约为8 0 ％左右[ 2 I ，难于满足氯化沸腾或者生 产海绵钛原料的要求。 制取高品位的富钛料现有方法主要包括还原锈 蚀法和弱还原一盐酸加压浸出法；改进的方法有改 基金项目2 0 0 3 年攀枝花市重大攻关资助项目 2 0 0 3 G X - 2 作者简介孙艳 1 9 7 7 一 ，女，硕士研究生 进的还原锈蚀法、弱还原盐酸流态化漫出法和弱 氧化一盐酸加压浸出法；新方法有一步氯化法和钛 渣一盐酸加压浸出法[ 3 】．。而适合攀枝花高钙镁钛 精矿制取高品位富钛料的主要途径有3 种钛精矿 盐酸浸出法制造人造金红石、钛精矿一钛渣盐酸浸 出法制造钛渣富集物和钛精矿硫酸浸出法制造人造 金红石[ 4 j 。可见酸浸法比较适合攀枝花高钙镁钛 精矿。 微波加热属于体加热，通过分子高速转动产生 内摩擦热、元热滞后性，具有加热速度快、内部加热、 选择性加热、加热均匀等特点。在浸出时，微波加热 促使物料颗粒表面破裂，暴露出薪鲜表面，有利于液 万方数据 3 0 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年3 期 固反应的进行；同时在外加电场的作用下，极性分子 迅速改变方向进行高速振动，不仅产生了热量，而且 增加了物质问的相互碰撞。强化了反应的进行[ 5 1 。 因此，本文结合了微波加热优点与酸浸法的长处，探 索出微波加热选择性浸出除杂制取高品质富钛料的 一种新工艺路线。 l试验部分 1 ．1 试验原料 原料钛精矿来自攀西某地区，化学成分 ％ T F e3 3 ．1 8 、T i 0 34 7 ．8 5 、C a O1 ．5 6 、M g O6 ．5 6 、M n O 0 ．7 5 、S i 0 25 ．6 、她0 33 ．1 6 、其他1 ．3 4 ，微波浸出采 用的物料是钛精矿经过微波还原后得到的改性含钛 料，其化学成分 ％ T F e1 6 ．1 2 、T i 0 26 0 ．5 8 、 C a O M g O 9 ．4 0 、S i 0 24 ．6 、A 1 2 0 31 ．1 6 。可见，该钛精 矿属岩矿类，经微波改性后，钙镁杂质有所富集，属 难处理矿物。改性含钛料S E M 图见图1 。由图1 可以看出，还原后的样品颗粒表面细孔发达，结构疏 松。 图1 微波还原后改性含钛料的S E M 图 F 电．1S E M 瑚i a 咖l c t I Ⅻ呛o fm o d i f i e dt i t a n i m n m a t e r i a lr e d u c e db ym i c r o w a v e 1 ．2 试验装置 浸出过程中采用了新型的微波加热密闭浸出设 备，该试验装置的微波劝率为0 ～lk w ，频率为 24 5 0M H z ，并能实现控温、控压自动化功能[ 6 l 。 2 试验结果与讨论 ㈠1 2 ．1 ．浸出温度对二氧化钛品位的影响 固定浸出时间2 0m i n ，微波功率4 0 0W ，液固比 1 2 ，浸出剂浓度1 0 ％，试验结果如图2 。从图2 可以 看出，随着温度的升高，浸出渣中二氧化钛的含量逐 渐升高，当浸出温度为1 6 0 ℃时，渣中二氧化钛的品 位最高，杂质浸出效果较好。 堡8 1 8 5 鞋 6 0 4 06 08 01 0 01 2 01 4 01 6 0 l 舯2 0 0 浸出温度／ C 图2 浸出温度对二氧化钛品位的影响 F i g 2 E f f e c to fl e a c h i n gt e m p e r a t u r eo n T i 0 2g r a d e 2 ．2 浸出剂浓度对二氧化钛品位的影响 固定浸出时间2 0m i n ，微波功率4 0 0W ，液固比 1 2 ，浸出温度1 6 0 ℃，试验结果如图3 。从图3 可以 看出，浸出剂浓度在1 0 ％ 质量百分比 时，渣中二 氧化钛品位为7 9 ．7 8 ％，除杂效果较好。 薹 如 錾 1 1 8 2 8 0 7 8 7 6 7 4 7 2 7 0 0 51 01 52 02 53 0 浸出刺浓度，％ 图3 浸出剂浓度对二氧化钛含量的影响 F i g ．3 E f f e c to fl e a c h i n ga g e n tc o n c e n t r a t i o n o nT i 0 2g r a d e 2 ．3 物料粒度对二氧化钛品位的影响 固定浸出时间2 0m i n ，微波功率4 0 0W ，液固比 1 2 ，浸出剂浓度1 0 ％，浸出温度1 6 0 ℃，试验结果表 明，随着改性含钛料的粒度减小，二氧化钛品位逐渐 升高。但考虑到磨矿、浸出成本，改性含钛料粒度大 小选定为7 5 t ．t m 左右。 2 ．4 液固比对二氧化钛品位的影响 当固定浸出时间2 0m i n ，微波功率4 0 0W ，浸出 剂浓度1 0 ％，浸出温度1 6 0 ℃，试验结果见图4 。从 图4 可以看出，液固比对渣中二氧化钛的含量有着 重要的影响。其原因在于，当液固比为1 2 时，在微 波加热的作用下，物料与浸出剂充分接触，碰撞加 剧，加快了体系反应速率，同时浸出体系压力较大， 浸出剂易于渗透到物料内部，从而强化了反应的进 行。 2 ．5 浸出改性剂含量对二氧化钛品位的影响 固定浸出时间2 0m i n ，微波功率4 0 0W ，液固比 1 2 ，浸出剂浓度1 0 ％，浸出温度1 6 0 ℃，试验结果表 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年3 期 3 1 7 5 冰 晶7 0 扪 蕊6 5 莲 杆6 0 5 5 液网比 图4 液固比对二氧化钛品位的影响 F i g ．4 E f f e c to fr a t i oo fl i q u i dt os o l i d o nT i O zg r a d e 明，随着改性剂含量的增加，渣中二氧化钛的含量逐 渐升高，这是由于改性剂可以破坏钛渣的玻璃体相 结构，从而使钙镁杂质易于浸出。改性剂为5 ％时， 二氧化钛含量为5 9 ．2 0 ％。增加改性剂含量到 1 0 ％，二氧化钛品位只提高了1 ．1 2 个百分点，因此 从浸出成本和浸出除杂效果两方面综合考虑，选用 改性剂含量为5 ％。 2 ．6 微波浸出时间对杂质F e 、C a 、M g 含量的影响 微波浸出温度为1 6 0 ℃，液固比1 2 ，物料的粒度 为4 9 ～7 5 肚m ，浸出剂浓度1 0 ％，改性剂用量5 ％，试 验见图5 。从图5 可知当浸出时间从3 0m i n 提高 到9 0r a i n 时，F e 的浸出率明显提高，渣中的全铁含 量从3 ．0 6 ％降到1 ．9 0 ％。再延长浸出时间，全铁含 量降低到1 ．1 2 ％；随着浸出时间的延长，渣中M g O 和C a O 含量越来越低，到1 5 0r a i n 时，M g O 为 0 ．0 1 8 ％，C a O 为0 ．0 2 1 ％，钙镁杂质基本浸出完全。 当浸出时间为1 2 0r a i n ，渣中M g O 和C a O 含量之和 不到1 ．5 ％，已可满足氯化沸腾时对富钛料中钙镁 的要求。 2 ．7 多段浸出对二氧化钛品位的影响 根据条件试验所得的优化条件，每段浸出时间 3 0r a i n ，微波功率4 0 0W ，液固比1 2 ，浸出剂浓度 1 0 ％，浸出温度1 6 0 ℃，改性剂用量5 ％。当总浸出 时间达到1 2 0r a i n 时，渣中二氧化钛含量为 9 2 ．3 6 ％。随着浸出段数的增加，二氧化钛的品位不 断提高，因此增加浸出段数有利于提高二氧化钛的 品位。由于分段浸出可以不断补充新鲜的浸出剂， 能保持整个体系的浸出剂浓度不变，同时有利于钙 术 9 棚7 簦s 誊s 蒸， 襁一1 0 2 0 4 I 6 08 01 0 01 2 0 1 4 01 6 0 漫出时问／r a i n 图5 浸出时间对杂质含量的影响 F i g ．5 E f f e c to fl e a c h i n gt i m eo ni m p u r i t i e s c o n t e n t 镁等杂质扩散刭浸出液中。当浸出段数为四段时， 钙镁等杂质已基本浸出完全。 3结论 1 首次提出了微波选择性浸出除杂制取高品质 富钛料的新工艺路线，并得到优化试验条件浸出温 度1 6 0 ℃、浸出剂浓度1 0 ％、浸出矿粒度7 5 肛m 、液固 比1 2 、浸出改性剂含量5 ％、浸出时间1 2 0m i n ； 2 浸出后富钛料品位可以达到9 6 ．0 8 ％，富钛 料中全铁含量降低到1 ．1 2 ％，M g O 降低到 0 ．0 1 8 ％，C a O 降低到0 ．0 2 1 ％； 3 试验选用新型的微波加热密闭浸出设备，利 用该设备浸出改性含钛料，能得到高品位的富钛料， 并具有良好的除F e 、C a 、M g 等杂质效果。与常规浸 出时间 6 ～8h 相比缩短了6 7 ％～7 5 ％。 参考文献 [ 1 ] 邓国珠，富钛料生产现状和今后的发展，钛工业进展， 2 0 0 0 4 1 5 ． [ 2 ] 莫畏，邓国珠，罗方承，等．钛冶金[ M ] ．2 版，北京冶 金工业出版社，1 9 9 8 ． [ 3 邓国珠，黄北卫，王雪飞，等．制取人造金红石工艺技术 的新进展[ J ] ．钢铁钒钛，2 0 0 4 ，2 5 1 4 4 5 0 ． [ 4 ] 邓国珠，王雪飞．用攀枝花钛精矿制取高品位富钛料的 途径[ J ] ．钢铁钒钛，2 0 0 2 ，2 3 4 1 4 1 7 ． [ 5 ] 彭金辉，杨显万．微波能技术新应用[ M ] ．昆明云南科 技出版社，1 9 9 7 ． [ 6 ] 朱艳丽，彭金辉，张世敏，等．微波干燥闪锌矿试验研究 [ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 5 5 2 1 2 4 ． 万方数据