鈦礦酸解反應性能的試驗研究

潘 建

銅陵化學工業集團公司 （安徽銅陵 244000）

鈦礦酸解反應性能的試驗研究

潘 建

銅陵化學工業集團公司 （安徽銅陵 244000）

在精細化操作條件下，以X礦為衡量標準，南澳礦、越細礦或其混配礦均能得到良好的酸解，且所得鈦液的過濾分離性能均能滿足裝置要求。絮凝劑的濃度和用量是關鍵性參數。對南澳礦與越細礦，或其混配礦（8∶2～6∶4），當預混酸質量濃度為95%～98%、反應酸質量濃度為85%～90%時，85℃以下開始引發主反應。緩慢供熱，在控制最終料溫低于205℃的情況下，可取得良好效果。依據所確定的評價體系，可對不同鈦礦或其混配礦的酸解性能和鈦液過濾分離性能作出評價，并對裝置生產的技術參數確定提供指導意見。

鈦礦 酸解性能 評價體系

由于受礦源多元化影響，某鈦白粉裝置工藝控制難度增加、產品質量產生波動。本課題通過研究建立了一個小型酸解實驗室模型，確立了鈦礦酸解性能評價體系；研究了不同配比鈦礦的酸解性能差異試驗、相關試驗條件變化時對酸解各項指標的影響，并與工業生產建立聯系，為裝置化生產提供合理的技術參數，解決了裝置化生產中遇到的工藝問題。

1 試驗研究

1.1 試驗原料

（1）工業硫酸，98%；

（2）鈦礦，品種與配比情況見表1。

1.2 試驗方法說明

（1）實驗室不具備壓縮空氣攪拌的條件，浸取前成熟的固相物需借助外力打碎，才可以使浸取順利進行，選擇1000mL的燒杯作為酸解反應容器。（2）廣口燒杯的缺點是熱量散失得非常快，且反應體系比較小，光靠自身的稀釋熱很難發生主反應，故采用了油浴預熱，并用油浴對成熟固相物進行保溫。同理沉降用水浴保溫。（3）根據實驗室條件，確定了100 g的鈦礦反應體系。（4）工業鐵粉帶來的雜質非常多，故選用試劑級的鐵粉還原物料。

1.3 試驗方法

按設定的酸礦比，將定量酸和定量礦于燒杯中混合，并進行充分攪拌。然后將燒杯放入160℃的導熱油中，進行攪拌反應，當料溫達到設定的引發溫度時，加入指定量的引發水，當主反應開始后，停止攪拌，物料自行反應。主反應結束后，置物料于160℃的導熱油中保溫熟化30min。保溫熟化完畢后，于室溫條件下自然冷卻30min。控制水浴溫度為60～65℃，浸取液為：2 g硫酸（24%）+248 g水；攪拌1 h。控制料溫（60±2）℃，加入鐵粉，再攪拌反應30min。逐步加入質量濃度為0.0002的絮凝劑，沉降60min。然后分離除去淤渣。淤渣用酸性水（2 g 24%的硫酸+248 g水）浸洗后分離棄除。濾液逐步冷卻至6℃左右，固液分離得到鈦液。亞鐵鹽用淤渣浸洗水浸洗，再分離棄除亞鐵鹽。

1.4 試驗流程

酸解試驗模型見圖1。

1.5 試驗條件

酸解試驗與裝置化生產條件對比情況見表2。

2 結果與討論

本試驗主要為選擇與考察評價酸解反應的誘導條件，以及絮凝劑的使用對酸解反應、鈦液過濾性能的影響。在鈦礦酸解工序中，對酸解產生影響的因素主要為礦品質、礦石反應活化能和酸解反應的誘導條件；對凈化產生影響的因素主要為絮凝劑的使用和酸解反應的誘導條件。

2.1 礦品質對酸解性能的影響

（1）品位及組分

二氧化鈦品位高低及其所含金紅石組分多少直接影響硫酸的耗用量與酸解率，非本試驗所關注。

（2）m(FeO)∶m(Fe2O3)

Fe2O3品位的變化，對酸耗、酸解、沉降效果以及還原劑用量和沉降工藝會產生影響。選用生產中的礦種及配礦進行試驗研究，結果表明，就酸解性能而言，單一使用越細礦最好，南澳礦與越細礦配比（6∶4）次之。見表3。

（3）Al2O3和SiO2含量

由于它們在酸液中的膠體性質，對酸解產物質量和鈦液沉降效果有極大影響。對酸解淤泥及鈦液的過濾分離性能進行定性比較與分析判斷，結果表明使用南澳礦分離性能最佳。見表3。

2.2 酸解反應誘導條件

礦石反應活化能對酸解反應誘導條件的選擇起決定作用。本試驗的重點是調控不同的酸礦比、預混配濃度與反應酸濃度、起始反應溫度與物料最高溫度、反應所需熱能供給方式與供給速率等。

（1）酸礦質量比

酸礦質量比對酸解反應能否進行、酸解程度以及主反應的劇烈程度等都起著決定作用。在評價試驗中，相同條件下，當酸礦質量比≤1.60時，酸解反應無法進行；當酸礦質量比≥1.70時，酸解反應可正常進行。并且，當酸礦質量比較低時，反應物料固化難，呈膠泥狀；當酸礦質量比較高時（≥1.9時），反應劇烈且時間長，反應物料易板結。

（2）酸解反應的加熱速率

試驗中酸解反應的加熱速率是指加入引發水后單位時間提供給物料的熱能。試驗選擇導熱油（即緩速供熱）和電爐（即強烈供熱）兩種方式，以模擬生產中不同蒸汽壓力的情況。試驗結果表明，在相同情況下進行不同的加熱速率酸解反應，固相物和鈦液性能有著本質差別。強烈的供熱主反應迅猛，物料短時間內高度膨脹，并導致固相物性狀差，板結而不易浸取，淤泥和所得鈦液的過濾分離性能差；而緩速供熱則不存在這些問題，僅是需要較長的引發時間。需要注意的是，當采用強烈供熱時，主反應開始即應停止加熱，否則，物料仍將快速升溫，酸解效果惡化。

（3）酸解反應的引發溫度

酸解反應的引發溫度決定了主反應的劇烈程度、物料膨脹程度、主反應時間，并影響所得鈦液的過濾分離性能。試驗結果表明，相同情況下適宜的引發溫度（70～90℃）使酸解主反應平和，反應時間較長，物料膨脹緩和，固相物性狀好，所得鈦液的過濾分離性能好。而較高的引發溫度（≥110℃）使主反應較迅猛，物料膨脹較大，且固相物性狀差，板結而不易浸取，淤泥和所得鈦液的過濾分離性能差。

（4）酸解反應物料最高溫度的控制

控制酸解反應物料的最高溫度，有著重要的作用。試驗結果表明，相同情況下，反應物料的最高溫度越高，尤其是高于220℃后，主反應越劇烈，物料越易板結且不易浸取，淤泥和所得鈦液的過濾分離性能越差，同時酸解率越低。

2.3 絮凝劑的使用

絮凝劑的使用是決定所得鈦液過濾分離性能的關鍵。加入量過少，不足以中和料液中的金屬離子正電荷基團，鈦液過濾分離困難；過多，則絮凝劑形成的膠凝性同樣會使鈦液過濾分離困難。同時絮凝劑的質量濃度過高（≥0.0003），將會增加用量的判定，也使鈦液過濾分離困難。

2.4 酸解率情況

實驗室酸解反應一直存在收率較低的問題，根據試驗情況，分析結果如下（在相同反應條件下進行對比）：礦粉細度影響較大，用320目（不銹鋼材質）篩余物，200目礦粉（篩余粉＜5%）進行酸解實驗，結果反應緩慢，無劇烈反應現象，一直產生輕微煙霧不稠化，當預熱溫度達到220℃時仍是如此，320目礦粉反應效果理想。原始酸濃度為98%時比95%收率略高；反應酸濃度低（85%）的收率略高于反應酸濃高（95%）的收率；油浴緩慢加熱引發反應的情況下收率略高于電爐加熱引發的情況；體系較大的比體系較小的收率明顯高。通過對鈦礦各種配比的酸解性能分析，從收率上來看，單一越細礦性能較好，收率在91%以上，而其他南澳礦權重較大的配比中，收率都較低。其中，單一南澳礦和南澳礦/越細礦（8∶2）的收率較好，南澳礦/越細礦（6∶4）的收率最差，僅為74%。

2.5 配比鈦礦酸解性能的評價體系

在實驗室條件下，確定了鈦礦酸解，性能的評價體系，見表4。

3 結論

在精細化操作條件下，以X酸解礦為衡量標準，南澳礦、越細礦或其混配礦均能得到良好的酸解，所得鈦液的過濾分離性能均能滿足現裝置要求，且絮凝劑的使用（濃度和用量）是關鍵性參數。

（1）就酸解反應活性而言，同等條件下，越細礦優于南澳礦。

（2）就酸解所得鈦液的過濾分離性能而言，同等條件下，南澳礦遠優于越細礦，優選條件下，其過濾分離性能僅稍差于優質的X礦；但在不適當的情況下，其過濾分離性能將會顯著下降。

（3）就南澳礦與越細礦混配而言，同等條件下，隨著（南澳礦/越細礦）配比的降低，酸解所得鈦液的過濾分離性能將會逐漸下降。在南澳礦與越細礦的配比為8∶2時，操作條件仍然較為寬松，當比值下降至6∶4時，操作條件將較為嚴格。

（4）比較南澳礦與越細礦，南澳礦反應活性較差，難酸解，但所得鈦液的過濾分離性能較好，宜低溫緩慢引發主反應；越細礦反應活性較好，易酸解，但所得鈦液的過濾分離性能較差。就酸解反應的誘導條件而言，對于南澳礦與越細礦或其混配礦（8∶2～6∶4），當預混酸質量濃度為95%～98%、反應酸質量濃度為85%～90%時，在85℃以下開始引發主反應，緩慢供熱，控制最終料溫低于205℃的情況下，可取得良好效果。

（5）就絮凝劑的使用而言，其配制操作的優劣將嚴重影響鈦液的過濾分離性能，充分溶脹溶解的絮凝劑液使用效果較好；對于南澳礦與越細礦或其混配礦，其使用的質量濃度應在0.0001～0.0002之間，當質量濃度達到0.000 3時，鈦液的過濾分離性能將顯著惡化而無法操作。

（6）在實驗室條件下，確定了鈦礦酸解性能的評價體系。可對不同鈦礦或混配礦的酸解性能、鈦液過濾分離性能作出評價，以期對裝置生產的技術參數確定提出指導意見。

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 高級工程師現 任銅陵化學工業集團公司技術中心主任兼總工程師 長期從事化工與資源化綜合利用技術研究工作 已發表論文4篇 授權發明專利6項