从钛白酸解废渣中回收TiO2技术研究

史利涛 赵海鹏 何江华 李婉茹

摘   要：钛白粉在用硫酸法生产过程中所产生酸解废渣废物数量较大，若直接排放不仅造成资源浪费，还对环境造成污染，因此， 如何处理这些废渣并从中回收有价值的钛矿，成为白粉生产过程中一个亟待解决的难题。本文在对钛白酸解废渣回收工艺进行筛选、实验分析的基础上，提出利用氯化除杂工艺，以提高酸解矿渣中钛的含量，从而实现废物的综合利用，达到环保与经济效益的双赢。

关键词：钛白酸解废渣  氯化除杂   回收钛

中图分类号：X705                                   文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2020）05（a）-0120-02

钛白粉广泛应用于油漆、塑料、造纸等行业，但在其生产过程中的酸解废渣（俗称黑泥），产生数量较大，据统计[1]每生产1t钛白，要排出0.2～0.3t不溶性黑色废渣。经实验分析表明，这些黑色废渣中TiO2的含量在17%左右，将其作为废料弃置，这不仅挥霍了其中的有价资源，降低产品的利润，而且排放的废渣堆存会对环境造成危害。如何处理这些废渣并从中回收有价值的钛矿，成为钛白粉生产过程中一个亟待解决的难题。利用氯化除杂工艺，提高矿渣中钛含量达33%以上，含钛矿渣作为原料再次运用到生产工艺上，在提高经济效益的同时也达到了环保要求[2]，实现了环保与经济效益的双赢。

1  酸解废渣回收试验方案

回收工艺方案设计可从以下几方面着手：一是在酸解废渣（黑泥）中加入不同比例的水进行研磨，二是在酸解废渣中直接加入HCl对酸解废渣进行选择性溶解，三是先对酸解废渣进行研磨粗选，然后再在粗选后的泥渣中加入HCl对酸解废渣进行选择性溶解，去除铁、镁等杂质。通过不同的回收工艺，测定TiO2的含量，进而确定重选回收钛的最佳条件及方法。

2  盐酸除杂理论依据

盐酸除杂的反应原理为：酸解废渣中存在很多不溶于水却溶于盐酸的物质，加入盐酸可有效去除这些物质，从而提高钛含量，其反应包括FeO+HCl→FeCl3+H2O、MgO+HCl→MgCl2+H2O等。正常条件下，盐酸浓度的不同对酸解废渣中金属元素浸出率产生的影响也不同，通过对实验结果的分析[3]，高浓度盐酸虽然会提高金属氧化物的浸出率，但是一些有用的钛化合物也会被一同浸出，而且也会提高酸的成本;而采用低浓度盐酸不仅保证了对铁、镁等金属氧化物的浸出率，也有效保留了钛化合物，所以在酸解废渣的回收中建议采用低浓度盐酸浸取[4]。此外，还应考虑温度、时间和固液比等因素对盐酸除杂工艺的影响，以获得最优反应条件。

3  回收试验

3.1 仪器、试样与药剂

主要仪器：搅拌器;干燥箱;三角烧瓶。

试样：钛白酸解废渣，经分析试样中TiO2含量为17%（干基）（含可溶性钛）;泥饼含水量为29.8%;其他物质主要是CaSO4、MgSO4、SiO2、Fe2+等，含量66%（湿基）。

药剂：盐酸。

3.2 回收方法的筛选

回收方法及具体步骤：一种方法是直接取湿泥渣置于干燥内干燥2h，温度设为110℃，再称200g分别加入4倍水、5倍水分别进行研磨，再静止一段时间后过滤，将滤饼置于干燥箱内干燥2h，温度设为110℃，并称其重量，分析滤饼组成，测定各类杂质的去除率;另一种方法是直接称取烘干后的泥渣200g，转移到三须烧瓶中，并加入稀盐酸，启动搅拌器，加热100℃反应一定时间，反应结束后过滤，并用水洗涤滤饼;将滤饼置于干燥箱内干燥2h，温度设为110℃，并称其重量，分析滤饼组成，测定TiO2%的产率及矿渣回收率。第三种方法是先按第一种方法加水进行研磨粗选成滤饼。然后再在粗选后的滤饼中加入等倍的10%HCl，按第二种方法进行加热反应，进行选择性溶解去除铁、镁等杂质，过滤烘干成滤饼。分析滤拼组成，测定各类杂质的去除率。其回收钛产品中TiO2含量的测定结果见表1。

因此，回收技术路线为：酸解泥渣（湿泥渣）先进行粗选，再用盐酸选择性溶解去除铁、镁等杂质，以提高酸解矿渣中钛的含量。

3.3 实验结果

3.3.1 回收率的计算

矿渣回收率是指精矿中钛的数量与原矿中钛的数量的百分比。它反映了选矿过程中钛的回收程度，选矿技术水平以及选矿工作质量。其实际回收率计算方法如下：

回收率=[实际的精矿数量（吨）×精矿品位]/[ 原矿处理量（吨）×原矿品位]×100%

3.3.2 产率计算

在选矿过程中，得到的某一产品的重量与原矿重量的百分比，称为该产品的产率。

产率计算式如下：

精矿产率γ=Q1/Q×100%

式中Q——原矿重量，t;

Q1——精矿重量，t;

3.3.3 实验结果

根据不同的回收方法处理泥渣，其TiO2%的产率、矿渣回收率等指标见表1。

从以上试验可以断定：这四种方法相比，最后一种方法，将打好的泥浆粗选后加入等倍的10%HCl加热100℃反应0.5h后，TiO2%的产率最高，达33.4%。由此可见，泥渣先粗选后再经过氯化除杂，可提高矿渣中的含钛量。

4  效益分析

根据生产情况，每生产1t钛白粉产生0.3t酸解矿渣（干基），按公司钛白粉生产量100t/d，酸解泥渣量为30t/d，每月按30天计算，产泥渣900t，可提取33.4%钛矿粉300.6吨，按钛白生产系统回收率85%计算，可回收钛白粉255.51t，按每吨售价1000元，可销售收入255510元。每提取1t33%矿渣大约费用71元，则提取300.6t33%矿渣，需花费21342.6元，因此，回收230.86t钛白粉纯利润为255510元-21342.6=234167.4元。

5  实验结论

通过酸解废渣回收实验，废渣粗选后经过氯化除铁、镁等杂质，矿渣中的含钛量是相对增加，提纯后的矿渣钛含量能达到33%以上，具有一定的经济效益，含钛矿渣作为原料再次运用到生产工艺上，避免了废渣堆存会对环境造成危害，实现了废物的综合利用，达到了环境与经济效益的双赢。

为公司节约了成本，提高了经济效益，避免了废渣堆存会对环境造成危害，实现了环保与经济效益的双赢。

参考文献

[1] 李景胜，陈晓青，薛晓娟，等.浮选法从钛白酸解废渣中回收Ti02的研究[J].稀有金屬与硬质合金，2006（1）.

[2] 徐高栋.中国钛白产业环保现状与节能减排策略[J].新材料产业，2010，10（1）：37-40.

[3] 丁正厅.钛白粉工业酸解废渣回收的研究[J].科学与财富，2015（3）：387.

[4] 杨子良，于鸿锦，岳波，等.钛白粉厂酸解泥渣的豁免管理研究[J].环境工程技术学报，2013，10（1）：22-27.