用废盐酸从改性高钛渣中浸出钛的试验研究

张风平，徐本军，黄彩娟

（贵州大学 材料与冶金学院，贵州 贵阳 550003）

纳米二氧化钛作为一种新型抗紫外线剂、光催化剂、光电效应剂等在气体净化、抗菌防毒、脱臭、水处理、防污、汽车面漆耐候抗老化方面有广阔的应用前景［1－2］。高钛渣是电炉熔炼钛精矿时的主要副产品，主要物相有金红石、黑钛石固溶体、塔基石固溶体和硅酸盐玻璃体等。酸解高钛渣可以获得钛盐溶液，酸解方法主要有硫酸法［3］和盐酸法［4－5］，其中盐酸法对原料品位要求较高，多采用加压条件，对设备腐蚀也较大。试验研究了在常压下用废盐酸直接浸出高温焙烧改性的高钛渣，以充分利用废盐酸并从高钛渣中浸出钛。

1 试验部分

1．1 原料及设备

试验所用的酸溶性高钛渣的主要成分见表1。废盐酸浓度为 3．6mol／L，为工业废酸。Na2CO3为分析纯试剂。

表1 酸溶性高钛渣主要化学成分的质量分数 %

试验所用主要设备有PL2002电子天平，DF－101Z集热式恒温加热磁力搅拌器，真空抽滤机，烘箱，220－AC电子万用电炉，TAS－986原子吸收分光光度计。

1．2 试验原理与方法

高钛渣的物相主要为TiO2与Fe、Ca、Si等杂质组成的黑钛石固溶体，其物相组成较复杂，即使在较高温度下也很难溶于盐酸。将高钛渣按1∶0．7的质量比加入改性剂，然后在850℃下焙烧3h，可以将黑钛石中的大部分TiO2、Fe转化为不同形式的钛酸盐及铁酸盐，这两种物质在一定温度下可溶于盐酸［6］；高钛渣中没有发生改性反应的部分TiO2在浸出后与SiO2一起富集于浸出渣中。

浸出过程中发生的主要反应如下：

称取焙烧后的改性渣20g，倒入装有一定体积的废盐酸的烧瓶中，一定温度下浸出一定时间后过滤，对滤渣洗涤、烘干，测定钛质量分数，计算钛浸出率。

2 试验结果与讨论

2．1 废酸浓度对钛浸出率的影响

试验条件：浸出温度为60℃，浸出时间为4h，钛渣粒度200目，固液质量体积比为1∶6。废酸质量浓度对钛浸出率的影响试验结果如图1所示。

图1 废盐酸浓度对钛浸出率的影响

由图1看出：随盐酸浓度升高，钛浸出率生高；盐酸浓度高于3．6mol／L后，钛浸出率变化不大。酸浓度增大至一定程度后不再对化学反应有影响，而工业废盐酸的浓度一般为3．6mol／L左右，所以，确定浸出钛的适宜的盐酸浓度为3．6 mol／L。

2．2 温度对钛浸出率的影响

废盐酸浓度为3．6mol／L，浸出时间为4h，高钛渣粒度为200目，固液质量体积比为1∶6，浸出温度对钛浸出率的影响试验结果如图2所示。

图2 温度对废盐酸浸出钛的影响

由图2看出，温度对钛的浸出影响较大：低温时，随温度升高，钛浸出率增大；当温度提高至70℃后，随温度再升高，钛浸出率反而下降。这是因为改性高钛渣酸解过程中还伴随钛盐的水解反应，随温度升高，钛盐的水解反应加剧，使溶解的钛又沉淀到渣中，造成钛浸出率降低。适宜的温度确定为70℃。

2．3 浸出时间对钛浸出率的影响

废盐酸浓度为3．6mol／L，温度为70℃，钛渣粒度为200目，固液质量体积比为1∶6，浸出时间对钛浸出率的影响试验结果如图3所示。可以看出，浸出时间在1～4h范围内，钛浸出率变化不大，浸出3h时，钛浸出率最高为95．86%。综合考虑，确定浸出时间以3h为宜。

图3 浸出时间对钛浸出率的影响

2．4 钛渣粒度对钛浸出率的影响

废盐酸浓度为3．6mol／L，温度为70℃，浸出时间为3h，固液质量体积比为1∶6，钛渣粒度对钛浸出率的影响试验结果如图4所示。

图4 钛渣粒度对钛浸出率的影响

由图4看出，随钛渣粒度减小，钛浸出率显著升高。因为盐酸分解高钛渣属于固－液反应，反应发生在固体颗粒表面，随颗粒粒度减小，颗粒比表面积增大，反应几率增大，钛浸出率提高；但颗粒粒度太小，对磨矿等预处理的要求就会提高，而且生产成本增大：所以，颗粒粒度以200目为宜，此时钛浸出率为94%左右。

2．5 液固体积质量比对钛浸出率的影响

废盐酸浓度为3．6mol／L，温度为70℃，浸出时间为3h，钛渣粒度为200目，液固体积质量比对钛浸出率的影响试验结果如图5所示。可以看出：随液固体积质量比增大，钛浸出率提高；液固体积质量比增大至5∶1后，钛浸出率变化不明显。当反应达到平衡时，液固体积质量比较小的体系中盐酸的量较低，反应程度也较低；而液固体积质量比提高至一定程度后，盐酸的量不再对反应有控制性影响，所以钛浸出率变化不大。综合考虑。较适宜的液固体积质量比确定为5∶1。

图5 液固体积质量比对钛浸出率的影响

3 结论

高钛渣通过改性焙烧，其中的钛物相金红石及黑钛石固溶体转化成钛酸钠和铁酸钠等，这些物质易于用热盐酸浸出。高钛渣改性焙烧时须添加改性剂，其与高钛渣的配比为0．7∶1，最佳焙烧温度为850℃，焙烧时间为3h。改性高钛渣用废盐酸浸出，最佳条件下，钛浸出率可达95．5%，浸出效果较好。

［1］赵巍，李强．2011年中国钛矿及海绵钛市场概述［J］．钛工业进展，201l，28（6）：5－8．

［2］王向东，逯福生，贾翔，等．2010年中国钛工业发展报告［J］．钛工业进展，201l，28（4）：1－6．

［3］孙康．钛提取冶金物理化学［M］．北京：化学工业出版社，2001：24－25．

［4］邓科．盐酸法钛白粉的工艺研究［J］．中国氯碱，2013，49（7）：23－31．

［5］田福祯．以高钛渣为原料的盐酸法：纳米二氧化钛制备新工艺［J］．新材料产业，2007（2）：63－66．

［6］徐本军，张莹，唐道文，等．酸溶性钛渣改性条件与机制研究［J］．湿法冶金，2013，32（3）：172－174．

［7］邓科，唐勇，孙永贵，等．氯化法钛白粉的生产工艺与技术经济分析［J］．中国氯碱，2012（1）：23－26．