钛矿酸解反应性能的试验研究

潘 建

铜陵化学工业集团公司 （安徽铜陵 244000）

钛矿酸解反应性能的试验研究

潘 建

铜陵化学工业集团公司 （安徽铜陵 244000）

在精细化操作条件下，以X矿为衡量标准，南澳矿、越细矿或其混配矿均能得到良好的酸解，且所得钛液的过滤分离性能均能满足装置要求。絮凝剂的浓度和用量是关键性参数。对南澳矿与越细矿，或其混配矿（8∶2～6∶4），当预混酸质量浓度为95%～98%、反应酸质量浓度为85%～90%时，85℃以下开始引发主反应。缓慢供热，在控制最终料温低于205℃的情况下，可取得良好效果。依据所确定的评价体系，可对不同钛矿或其混配矿的酸解性能和钛液过滤分离性能作出评价，并对装置生产的技术参数确定提供指导意见。

钛矿 酸解性能 评价体系

由于受矿源多元化影响，某钛白粉装置工艺控制难度增加、产品质量产生波动。本课题通过研究建立了一个小型酸解实验室模型，确立了钛矿酸解性能评价体系；研究了不同配比钛矿的酸解性能差异试验、相关试验条件变化时对酸解各项指标的影响，并与工业生产建立联系，为装置化生产提供合理的技术参数，解决了装置化生产中遇到的工艺问题。

1 试验研究

1.1 试验原料

（1）工业硫酸，98%；

（2）钛矿，品种与配比情况见表1。

1.2 试验方法说明

（1）实验室不具备压缩空气搅拌的条件，浸取前成熟的固相物需借助外力打碎，才可以使浸取顺利进行，选择1000mL的烧杯作为酸解反应容器。（2）广口烧杯的缺点是热量散失得非常快，且反应体系比较小，光靠自身的稀释热很难发生主反应，故采用了油浴预热，并用油浴对成熟固相物进行保温。同理沉降用水浴保温。（3）根据实验室条件，确定了100 g的钛矿反应体系。（4）工业铁粉带来的杂质非常多，故选用试剂级的铁粉还原物料。

1.3 试验方法

按设定的酸矿比，将定量酸和定量矿于烧杯中混合，并进行充分搅拌。然后将烧杯放入160℃的导热油中，进行搅拌反应，当料温达到设定的引发温度时，加入指定量的引发水，当主反应开始后，停止搅拌，物料自行反应。主反应结束后，置物料于160℃的导热油中保温熟化30min。保温熟化完毕后，于室温条件下自然冷却30min。控制水浴温度为60～65℃，浸取液为：2 g硫酸（24%）+248 g水；搅拌1 h。控制料温（60±2）℃，加入铁粉，再搅拌反应30min。逐步加入质量浓度为0.0002的絮凝剂，沉降60min。然后分离除去淤渣。淤渣用酸性水（2 g 24%的硫酸+248 g水）浸洗后分离弃除。滤液逐步冷却至6℃左右，固液分离得到钛液。亚铁盐用淤渣浸洗水浸洗，再分离弃除亚铁盐。

1.4 试验流程

酸解试验模型见图1。

1.5 试验条件

酸解试验与装置化生产条件对比情况见表2。

2 结果与讨论

本试验主要为选择与考察评价酸解反应的诱导条件，以及絮凝剂的使用对酸解反应、钛液过滤性能的影响。在钛矿酸解工序中，对酸解产生影响的因素主要为矿品质、矿石反应活化能和酸解反应的诱导条件；对净化产生影响的因素主要为絮凝剂的使用和酸解反应的诱导条件。

2.1 矿品质对酸解性能的影响

（1）品位及组分

二氧化钛品位高低及其所含金红石组分多少直接影响硫酸的耗用量与酸解率，非本试验所关注。

（2）m(FeO)∶m(Fe2O3)

Fe2O3品位的变化，对酸耗、酸解、沉降效果以及还原剂用量和沉降工艺会产生影响。选用生产中的矿种及配矿进行试验研究，结果表明，就酸解性能而言，单一使用越细矿最好，南澳矿与越细矿配比（6∶4）次之。见表3。

（3）Al2O3和SiO2含量

由于它们在酸液中的胶体性质，对酸解产物质量和钛液沉降效果有极大影响。对酸解淤泥及钛液的过滤分离性能进行定性比较与分析判断，结果表明使用南澳矿分离性能最佳。见表3。

2.2 酸解反应诱导条件

矿石反应活化能对酸解反应诱导条件的选择起决定作用。本试验的重点是调控不同的酸矿比、预混配浓度与反应酸浓度、起始反应温度与物料最高温度、反应所需热能供给方式与供给速率等。

（1）酸矿质量比

酸矿质量比对酸解反应能否进行、酸解程度以及主反应的剧烈程度等都起着决定作用。在评价试验中，相同条件下，当酸矿质量比≤1.60时，酸解反应无法进行；当酸矿质量比≥1.70时，酸解反应可正常进行。并且，当酸矿质量比较低时，反应物料固化难，呈胶泥状；当酸矿质量比较高时（≥1.9时），反应剧烈且时间长，反应物料易板结。

（2）酸解反应的加热速率

试验中酸解反应的加热速率是指加入引发水后单位时间提供给物料的热能。试验选择导热油（即缓速供热）和电炉（即强烈供热）两种方式，以模拟生产中不同蒸汽压力的情况。试验结果表明，在相同情况下进行不同的加热速率酸解反应，固相物和钛液性能有着本质差别。强烈的供热主反应迅猛，物料短时间内高度膨胀，并导致固相物性状差，板结而不易浸取，淤泥和所得钛液的过滤分离性能差；而缓速供热则不存在这些问题，仅是需要较长的引发时间。需要注意的是，当采用强烈供热时，主反应开始即应停止加热，否则，物料仍将快速升温，酸解效果恶化。

（3）酸解反应的引发温度

酸解反应的引发温度决定了主反应的剧烈程度、物料膨胀程度、主反应时间，并影响所得钛液的过滤分离性能。试验结果表明，相同情况下适宜的引发温度（70～90℃）使酸解主反应平和，反应时间较长，物料膨胀缓和，固相物性状好，所得钛液的过滤分离性能好。而较高的引发温度（≥110℃）使主反应较迅猛，物料膨胀较大，且固相物性状差，板结而不易浸取，淤泥和所得钛液的过滤分离性能差。

（4）酸解反应物料最高温度的控制

控制酸解反应物料的最高温度，有着重要的作用。试验结果表明，相同情况下，反应物料的最高温度越高，尤其是高于220℃后，主反应越剧烈，物料越易板结且不易浸取，淤泥和所得钛液的过滤分离性能越差，同时酸解率越低。

2.3 絮凝剂的使用

絮凝剂的使用是决定所得钛液过滤分离性能的关键。加入量过少，不足以中和料液中的金属离子正电荷基团，钛液过滤分离困难；过多，则絮凝剂形成的胶凝性同样会使钛液过滤分离困难。同时絮凝剂的质量浓度过高（≥0.0003），将会增加用量的判定，也使钛液过滤分离困难。

2.4 酸解率情况

实验室酸解反应一直存在收率较低的问题，根据试验情况，分析结果如下（在相同反应条件下进行对比）：矿粉细度影响较大，用320目（不锈钢材质）筛余物，200目矿粉（筛余粉＜5%）进行酸解实验，结果反应缓慢，无剧烈反应现象，一直产生轻微烟雾不稠化，当预热温度达到220℃时仍是如此，320目矿粉反应效果理想。原始酸浓度为98%时比95%收率略高；反应酸浓度低（85%）的收率略高于反应酸浓高（95%）的收率；油浴缓慢加热引发反应的情况下收率略高于电炉加热引发的情况；体系较大的比体系较小的收率明显高。通过对钛矿各种配比的酸解性能分析，从收率上来看，单一越细矿性能较好，收率在91%以上，而其他南澳矿权重较大的配比中，收率都较低。其中，单一南澳矿和南澳矿/越细矿（8∶2）的收率较好，南澳矿/越细矿（6∶4）的收率最差，仅为74%。

2.5 配比钛矿酸解性能的评价体系

在实验室条件下，确定了钛矿酸解，性能的评价体系，见表4。

3 结论

在精细化操作条件下，以X酸解矿为衡量标准，南澳矿、越细矿或其混配矿均能得到良好的酸解，所得钛液的过滤分离性能均能满足现装置要求，且絮凝剂的使用（浓度和用量）是关键性参数。

（1）就酸解反应活性而言，同等条件下，越细矿优于南澳矿。

（2）就酸解所得钛液的过滤分离性能而言，同等条件下，南澳矿远优于越细矿，优选条件下，其过滤分离性能仅稍差于优质的X矿；但在不适当的情况下，其过滤分离性能将会显著下降。

（3）就南澳矿与越细矿混配而言，同等条件下，随着（南澳矿/越细矿）配比的降低，酸解所得钛液的过滤分离性能将会逐渐下降。在南澳矿与越细矿的配比为8∶2时，操作条件仍然较为宽松，当比值下降至6∶4时，操作条件将较为严格。

（4）比较南澳矿与越细矿，南澳矿反应活性较差，难酸解，但所得钛液的过滤分离性能较好，宜低温缓慢引发主反应；越细矿反应活性较好，易酸解，但所得钛液的过滤分离性能较差。就酸解反应的诱导条件而言，对于南澳矿与越细矿或其混配矿（8∶2～6∶4），当预混酸质量浓度为95%～98%、反应酸质量浓度为85%～90%时，在85℃以下开始引发主反应，缓慢供热，控制最终料温低于205℃的情况下，可取得良好效果。

（5）就絮凝剂的使用而言，其配制操作的优劣将严重影响钛液的过滤分离性能，充分溶胀溶解的絮凝剂液使用效果较好；对于南澳矿与越细矿或其混配矿，其使用的质量浓度应在0.0001～0.0002之间，当质量浓度达到0.000 3时，钛液的过滤分离性能将显著恶化而无法操作。

（6）在实验室条件下，确定了钛矿酸解性能的评价体系。可对不同钛矿或混配矿的酸解性能、钛液过滤分离性能作出评价，以期对装置生产的技术参数确定提出指导意见。

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 高级工程师现 任铜陵化学工业集团公司技术中心主任兼总工程师 长期从事化工与资源化综合利用技术研究工作 已发表论文4篇 授权发明专利6项