用廢鹽酸從改性高鈦渣中浸出鈦的試驗研究

張風平，徐本軍，黃彩娟

（貴州大學 材料與冶金學院，貴州 貴陽 550003）

納米二氧化鈦作為一種新型抗紫外線劑、光催化劑、光電效應劑等在氣體凈化、抗菌防毒、脫臭、水處理、防污、汽車面漆耐候抗老化方面有廣闊的應用前景［1－2］。高鈦渣是電爐熔煉鈦精礦時的主要副產品，主要物相有金紅石、黑鈦石固溶體、塔基石固溶體和硅酸鹽玻璃體等。酸解高鈦渣可以獲得鈦鹽溶液，酸解方法主要有硫酸法［3］和鹽酸法［4－5］，其中鹽酸法對原料品位要求較高，多采用加壓條件，對設備腐蝕也較大。試驗研究了在常壓下用廢鹽酸直接浸出高溫焙燒改性的高鈦渣，以充分利用廢鹽酸并從高鈦渣中浸出鈦。

1 試驗部分

1．1 原料及設備

試驗所用的酸溶性高鈦渣的主要成分見表1。廢鹽酸濃度為 3．6mol／L，為工業廢酸。Na2CO3為分析純試劑。

表1 酸溶性高鈦渣主要化學成分的質量分數 %

試驗所用主要設備有PL2002電子天平，DF－101Z集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，真空抽濾機，烘箱，220－AC電子萬用電爐，TAS－986原子吸收分光光度計。

1．2 試驗原理與方法

高鈦渣的物相主要為TiO2與Fe、Ca、Si等雜質組成的黑鈦石固溶體，其物相組成較復雜，即使在較高溫度下也很難溶于鹽酸。將高鈦渣按1∶0．7的質量比加入改性劑，然后在850℃下焙燒3h，可以將黑鈦石中的大部分TiO2、Fe轉化為不同形式的鈦酸鹽及鐵酸鹽，這兩種物質在一定溫度下可溶于鹽酸［6］；高鈦渣中沒有發生改性反應的部分TiO2在浸出后與SiO2一起富集于浸出渣中。

浸出過程中發生的主要反應如下：

稱取焙燒后的改性渣20g，倒入裝有一定體積的廢鹽酸的燒瓶中，一定溫度下浸出一定時間后過濾，對濾渣洗滌、烘干，測定鈦質量分數，計算鈦浸出率。

2 試驗結果與討論

2．1 廢酸濃度對鈦浸出率的影響

試驗條件：浸出溫度為60℃，浸出時間為4h，鈦渣粒度200目，固液質量體積比為1∶6。廢酸質量濃度對鈦浸出率的影響試驗結果如圖1所示。

圖1 廢鹽酸濃度對鈦浸出率的影響

由圖1看出：隨鹽酸濃度升高，鈦浸出率生高；鹽酸濃度高于3．6mol／L后，鈦浸出率變化不大。酸濃度增大至一定程度后不再對化學反應有影響，而工業廢鹽酸的濃度一般為3．6mol／L左右，所以，確定浸出鈦的適宜的鹽酸濃度為3．6 mol／L。

2．2 溫度對鈦浸出率的影響

廢鹽酸濃度為3．6mol／L，浸出時間為4h，高鈦渣粒度為200目，固液質量體積比為1∶6，浸出溫度對鈦浸出率的影響試驗結果如圖2所示。

圖2 溫度對廢鹽酸浸出鈦的影響

由圖2看出，溫度對鈦的浸出影響較大：低溫時，隨溫度升高，鈦浸出率增大；當溫度提高至70℃后，隨溫度再升高，鈦浸出率反而下降。這是因為改性高鈦渣酸解過程中還伴隨鈦鹽的水解反應，隨溫度升高，鈦鹽的水解反應加劇，使溶解的鈦又沉淀到渣中，造成鈦浸出率降低。適宜的溫度確定為70℃。

2．3 浸出時間對鈦浸出率的影響

廢鹽酸濃度為3．6mol／L，溫度為70℃，鈦渣粒度為200目，固液質量體積比為1∶6，浸出時間對鈦浸出率的影響試驗結果如圖3所示。可以看出，浸出時間在1～4h范圍內，鈦浸出率變化不大，浸出3h時，鈦浸出率最高為95．86%。綜合考慮，確定浸出時間以3h為宜。

圖3 浸出時間對鈦浸出率的影響

2．4 鈦渣粒度對鈦浸出率的影響

廢鹽酸濃度為3．6mol／L，溫度為70℃，浸出時間為3h，固液質量體積比為1∶6，鈦渣粒度對鈦浸出率的影響試驗結果如圖4所示。

圖4 鈦渣粒度對鈦浸出率的影響

由圖4看出，隨鈦渣粒度減小，鈦浸出率顯著升高。因為鹽酸分解高鈦渣屬于固－液反應，反應發生在固體顆粒表面，隨顆粒粒度減小，顆粒比表面積增大，反應幾率增大，鈦浸出率提高；但顆粒粒度太小，對磨礦等預處理的要求就會提高，而且生產成本增大：所以，顆粒粒度以200目為宜，此時鈦浸出率為94%左右。

2．5 液固體積質量比對鈦浸出率的影響

廢鹽酸濃度為3．6mol／L，溫度為70℃，浸出時間為3h，鈦渣粒度為200目，液固體積質量比對鈦浸出率的影響試驗結果如圖5所示。可以看出：隨液固體積質量比增大，鈦浸出率提高；液固體積質量比增大至5∶1后，鈦浸出率變化不明顯。當反應達到平衡時，液固體積質量比較小的體系中鹽酸的量較低，反應程度也較低；而液固體積質量比提高至一定程度后，鹽酸的量不再對反應有控制性影響，所以鈦浸出率變化不大。綜合考慮。較適宜的液固體積質量比確定為5∶1。

圖5 液固體積質量比對鈦浸出率的影響

3 結論

高鈦渣通過改性焙燒，其中的鈦物相金紅石及黑鈦石固溶體轉化成鈦酸鈉和鐵酸鈉等，這些物質易于用熱鹽酸浸出。高鈦渣改性焙燒時須添加改性劑，其與高鈦渣的配比為0．7∶1，最佳焙燒溫度為850℃，焙燒時間為3h。改性高鈦渣用廢鹽酸浸出，最佳條件下，鈦浸出率可達95．5%，浸出效果較好。

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