钛石膏除铁试验研究

江莹(江汉大学文理学院生物与环境工程学部，湖北 武汉 430000)

0 引言

钛石膏是采用硫酸法生产钛白粉时，为治理酸性废水，加入石灰(或电石渣)以中和大量的酸性废水而产生的以二水石膏为主要成分的废渣，采用填埋堆放方式处理，占用大量土地，浪费大量的耕地资源，且污染环境[1,2]。

本文主要通过除去钛石膏中杂质，制备二水硫酸钙含量高的钛石膏，提高其再利用价值。氧化铁是影响钛白石膏的最常见的杂质，还原漂白的处理氧化铁广泛有效。还原漂白即是用还原剂将三价铁还原成易溶于水的二价铁，洗涤过滤除去，从而达到除铁提高白度的目的。本文采用连二亚硫酸钠在酸性环境中漂白钛白石膏[3]，其漂白原理如下：

Fe2O3+Na2S2O4+3H2SO4→2FeSO4+2SO2+Na2SO4+3H2O

1 试验部分

1.1 试验原料及试剂

本试验所用的试样为取自武汉某钛白粉有限公司的钛白废酸和钛白石膏。钛白石膏除铁试验所用到的试验设备：离心沉淀机，磁力搅拌电热套，电子天平，架盘药物天平，超声波清洗机，旋片式真空泵，偏光显微镜，pH 毫伏台式测量计。

1.2 试验设备

钛白石膏除铁试验所用到的试验设备：粒度分析，采用GSL-101B 激光粒度分析仪，取Dv50 值；SEM，采用日本电子株式会社生产的真空形貌式电子显微镜(JSM-5610LV 型)观察样品的表面形貌；显微镜分析，采用LV100pol 显微镜对钛白石膏颗粒的大小进行观测；白度仪，采样高新自动化仪器表公司的DN-B 型。

1.3 钛石膏成分分析

取某厂钛石膏原样，进行XRD 表征、白度及粒度测试，对钛石膏原样成分进行探讨，进一步确认其成分和所含杂质的情况。

1.4 钛石膏除铁试验流程

本试验将对影响钛白石膏含铁量的因素进行正交试验。讨论影响钛白石膏含铁量因素为：矿浆pH，反应时间，Na2S2O4用量。通过正交试验确定影响因素的最佳条件，制备高价值的钛石膏。技术路线如图1。

图1 钛白石膏还原除铁法技术路线图

试样加水配成一定浓度的矿浆，在磁力搅拌的作用下，先加一定量配好的硫酸调节矿浆pH 值，然后加入一定量的连二亚硫酸钠，反应一段时间以后，矿浆经蒸馏水洗涤并离心，1000ml 布氏漏斗抽滤，60℃烘干，得到样品。

1.5 表征手段

XRD 测试采用Rigaku D/Max2rA衍射仪(Cu 靶,Kα 辐射,λ=0.154 056 nm)，扫描范围3°～70°；粒度分析，采用GSL-101B 激光粒度分析仪，取Dv50 值；SEM，采用日本电子株式会社生产的真空形貌式电子显微镜(JSM-5610LV 型)观察样品的表面形貌；显微镜分析，采用LV100pol 显微镜对钛白石膏颗粒的大小进行观测；白度仪，采样高新自动化仪器表公司的DN-B 型。

2 结果与讨论

2.1 钛石膏成分表征结果

对某工厂钛石膏原样进行XRD 测试，结果如图2。

图2 钛石膏原样XRD衍射图谱

由图2 可知，D 所表示的峰是CaSO4·2H2O 的特征峰，F 所表示的峰是Fe(OH)3的特征峰。对比二水石膏标准卡片PDF70-0982，说明钛石膏中主要成分为CaSO4·2H2O。含有Fe(OH)3杂质，确定钛石膏中有Fe(OH)3存在，且含量较高。

2.2 正交试验

钛石膏除铁的主要因素为连二亚硫酸钠用量、矿浆pH值，针对这三个因素选用L9(33)正交试验表[4]，正交表头设计见表1 所示。

表1 因素水平表

钛石膏除铁正交试验结果如表2 所示，显微镜扫描结果如图2 所示。

表2 正交试验结果表

根据极差分析可得，RA>RB>RC，以白度作为度量标准，影响钛石膏除铁效果主次因素为：连二亚硫酸钠用量>矿浆pH>反应时间，连二亚硫酸钠用量的控制对最终产品白度起主要作用。

由表2 可知，在A2B2C3 条件下，即pH 为1.5，连二亚硫酸钠用量为1.2g/5g，漂白时间60min 时，白度到达最高为61.8%，这与原矿白度17.8%相比，效果十分明显。

由图3 明显看出，图3-a 中存在大量细小类似铁红的物质，其粒径非常小，存在于整个钛石膏中，除铁后的显微镜照片图3-b 明显较干净。说明本试验方法对钛石膏除铁取得一定效果。

另外，对原样与正交试验的最佳样品分别进行粒度分析，原样钛石膏平均粒度为Dv50=4.51μm，除铁后钛石膏颗粒粒径有所增长为Dv50=9.54μm。由图3 亦反映钛石膏颗粒粒径的增长，这是由于铁杂质的除去，有利于CaSO4·2H2O 再生长[5]。

3 结语

图3 钛石膏显微镜照片(a：原样；b：正交试验最佳样品)

本文通过对钛石膏除铁的正交试验，确定影响因素的主次：连二亚硫酸钠用量>矿浆pH>反应时间；正交试验最佳条件：pH 为1.5，连二亚硫酸钠用量为1.2g/5g，漂白时间60min 时，白度到达最高为61.8%。处理后的钛石膏颜色呈灰白色，粒径较大，易脱水及进行后续回收加工再利用。

[1]许平，林海，邢喜峰，贾秀明.钛白粉厂酸性废水处理的试验研究.工业水处理,2007，27 (7)：53-55.

[2]王建伟，任秀莲，魏琦峰，等.钛白废酸的综合利用研究现状[J].无机盐工业，2009，41(9)：4-7.

[3]魏绍东,冯圣君,魏艳.钛白废酸的治理与浓缩综述[J].无机盐工业,2007,39(2)：15-17.

[4]刘国燕,吴汝范,曾育民.硫酸法钛白水解废酸的浓缩[J].矿冶工程,1998,18(1)：53-56,59.

[5]侯太鹏.高岭土除铁增白试验研究[J].非金属矿,2001,24(4)：32-35.