钛白废酸加压浸出钛精矿制备富钛料实验研究

马光强，邹敏，夏冬

（攀枝花学院生物与化学工程学院，四川攀枝花617000）



钛白废酸加压浸出钛精矿制备富钛料实验研究

马光强，邹敏，夏冬

（攀枝花学院生物与化学工程学院，四川攀枝花617000）

基于硫酸钛白生产工艺的现状，将钛白废硫酸综合利用与富钛料的生产相结合，开展了钛白废酸加压浸出钛精矿制备富钛料的实验研究，并分别考察了酸矿比、浸出温度、浸出时间等因素对富钛料品位的影响。研究结果表明：在酸矿比（mL/g）为8∶1、酸浸温度为150℃、酸浸时间为7～8 h的条件下，可获得二氧化钛品位达80%以上的富钛料。通过XRD分析可知，酸浸完成后，钛精矿中的主要物相FeTiO3已转换为富钛料中的二氧化钛物相。

钛白废酸；加压浸出；钛精矿；富钛料

四川省攀枝花是中国钛白粉的主产地之一，年产量约为50万t，主要生产工艺为传统的硫酸钛白法，其生产过程中会产生大量废酸，每生产1 t钛白即产生质量分数为20%左右的废酸6～8 t，为环境治理带来巨大压力。目前，钛白废酸的主要处理方式有中和法［1］、浓缩法［2-3］和分离综合利用法［4-5］。此外，受选矿工艺和原料成本的限制，钛白原料大多使用品位为45%左右的钛精矿，较少使用品位在80%以上富钛料，随之带来了生产中耗酸量大、产品品质低、后处理综合处理成本高等问题［6-7］。

针对上述情况，笔者在结合国内外富钛料的生产工艺基础上，提出了“硫酸钛白废酸加压浸出钛精矿制备富钛料”的新工艺。经实验研究证明，一方面，普通钛精矿经过加压酸浸处理后，可得到TiO2品位超过80%以上的富钛料；另一方面，钛白废酸经过加压处理后，废酸中H2SO4质量分数由20%降至5%左右，为下一步综合治理奠定了良好的基础。

1　实验部分

1.1原料与设备

原料：钛白废硫酸（攀枝花钛都化工，硫酸质量分数为21.3%）、钛精矿（攀枝花安宁铁钛，钛品位为46.5%），其他试剂无特别说明均为分析纯。

设备：加压反应釜（聚四氟乙烯内衬，主要规格为250 mL和500 mL），其余为常规实验设备。

1.2实验方法

分别称取一定质量的钛精矿和量取一定体积的钛白废硫酸放入加压反应釜中，硫酸体积不超过反应釜容积的80%，再将反应釜聚四氟乙烯内衬放入超声波发生器中震荡混合30 min，将反应釜封闭好置于电热恒温干燥箱中，在设定温度条件下保温反应数小时后取出，待稍冷却后打开反应釜，趁热使用减压过滤分离滤渣与滤液，得到的滤渣再次用热水洗涤过滤，将滤渣在700℃下煅烧1 h，即制得富钛料产品。

1.3检测与表征

采用硫酸高铁铵标液滴定法［8-9］测定物料中的二氧化钛含量。采用D/max-2500/PC型转靶X射线衍射仪对样品进行XRD表征［扫描速度为5（°）/min，扫描角度为10～85°］。

2　实验结果与讨论

钛白废硫酸与钛精矿的反应是一个浸出与水解的平衡过程，其主要反应：

理论分析与初步实验结果表明，富钛料中TiO2品位主要受酸矿比、反应温度、反应时间3因素的影响。

2.1酸矿比对富钛料品位的影响

酸矿比反映所需钛白废硫酸体积（mL）与矿质量（g）的比例关系。在浸出温度为150℃、浸出时间为8 h的条件下，考察了酸矿比（5∶1、6∶1、7∶1、8∶1、9∶1、10∶1、11∶1、12∶1）对富钛料中TiO2品位的影响，结果见图1。由图1可见，随着酸矿比的增加，富钛料品位明显上升，在酸矿比为8∶1时达到顶点，然后缓缓下降。其主要原因是当酸矿比＜8∶1时，酸总量不足，反应不充分，杂质浸出量偏少；在酸矿比约为8∶1时，酸量合适，反应后酸浓度最低，偏钛酸的水解量也最大，此时富钛料的品位达到最大（83.2%）；继续增加酸量，酸浓度过大，抑制了偏钛酸的水解，造成富钛料的品位缓慢下降。综合考虑，实验选择适宜的酸矿比为8∶1。

图1　酸矿比对富钛料中TiO2品位的影响

2.2浸出温度对富钛料品位的影响

在酸矿比为8∶1、浸出时间为8 h的条件下，考察了浸出温度（120、130、140、150、160、170、180℃）对富钛料中TiO2品位的影响，结果见图2。由图2可以看出，实验初始阶段，随着浸出温度的升高，富钛料的品位快速升高，直至150℃左右达到顶点；超过150℃后，富钛料品位随之又快速下降。由此推断，浸出温度是影响浸出反应关键因素。在低温时，杂质与钛的浸出率均较低，随着温度的升高，杂质的浸出量大幅增加，而钛的浸出与水解处于平衡状态，造成富钛料品位快速升高。超过150℃后，杂质已基本浸出完全，而钛的浸出却在快速增加并超过其水解速度，从而造成富态料品位以较快的速度下降。综合考虑，实验选择适宜的浸出温度为150℃。

图2　浸出温度对富钛料中TiO2品位的影响

图3　浸出时间对富钛料品位的影响

2.3浸出时间对富钛料品位的影响

在浸出温度为150℃、酸矿比为8∶1的条件下，考察了浸出时间（3、4、5、6、7、8、9、10 h）对富钛料中TiO2品位的影响，结果见图3。由图3可见，时间因素对富钛料品位的影响较小，随着浸出时间的延长，富钛料品位缓缓上升；浸出7～8 h时，反应基本趋于平衡。其主要原因是在固定的酸矿比和浸出温度条件下，钛精矿与钛白废硫酸的反应速度较慢，只能给予充足的时间来保证反应充分，一旦反应趋于平衡，各组分将不在发生明显变化。综合考虑，实验选择适宜的浸出时间为7～8 h。

2.4XRD分析

图4a为钛精矿原矿的XRD谱图。分析图4a衍射峰可知，原矿的主要物相为FeTiO3，还有少量的MgTiO3。图4b为酸浸4 h的中间渣XRD谱图。对比原矿可知，经过4 h的酸浸后，图4b中FeTiO3和MgTiO3物相的峰强度明显减弱，说明此时这2种物相大量浸入废硫酸中，与此同时出现了TiO2的特征峰，这是由浸入溶液中的钛组分水解产生的。图4c为最终制得的富钛料XRD谱图。与图4a、4b对比可以明显看出，FeTiO3和MgTiO3物相的特征峰此时已完全消失，说明这2种物相在反应完成后，已全部浸入钛白废硫酸中，而剩下的均为水解后烧结生成的TiO2物相。

图4　原矿与富钛料的XRD谱图

3　结论

1）在酸矿比（mL/g）为8∶1、酸浸温度为150℃、酸浸时间为7～8 h的条件下，可获得的TiO2品位达80%以上的富钛料；2）酸浸反应完成后，钛精矿中的FeTiO3已全部浸入钛白废硫酸中，富钛料中的主要物相为水解后烧结生成的TiO2。

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联系方式：magq3218@163.com

Experimental study on titanium concentrate leaching to prepare Ti-rich material with titanium dioxide waste acid

Ma Guangqiang，Zou Min，Xia Dong
（School of Biological and Chemical Engineering，Panzhihua University，Panzhihua 617000，China）

Based on the present situation of the sulfuric acid titanium dioxide production process，the comprehensive utilization of titanium dioxide waste acid and the preparation of Ti-rich material were combined.The experimental study on titanium concentrate leaching to prepare Ti-rich material with titanium dioxide waste acid was carried out.The influences of acid-mineral ratio，leaching temperature，and time etc.on the grade of Ti-rich material were investigated.Research results showed that：in a acid-mineral ratio（mL/g）of 8∶1，leaching temperature of 150℃，and leaching time of 7～8 h，the Ti-rich material with TiO2grade of more than 80%could be obtained.Through XRD analysis，the main phase FeTiO3of the titanium concentrate has been converted into the TiO2phase of the Ti-rich material after acid leaching

titanium dioxide waste acid；pressure leaching；titanium concentrate；Ti-rich material

TQ134.11

A

1006-4990（2016）08-0067-03

2016-02-13

马光强（1977—），男，副教授，硕士，主要研究方向为钛材料冶金。