钛铁矿还原锈蚀法制取富钛料过程强化的基础研究

论文摘要

随着金红石资源逐渐枯竭,价格低廉的钛铁矿已成为钛工业的主要生产原料,但钛铁矿的Ti02品位较低,一般需将其制备成高品位的富钛料。还原锈蚀法被认为是钛铁矿制取富钛料的一种有效方法,目前在工业中得到应用,但该法存在还原难度大,锈蚀时间长、生产效率低等问题。针对上述问题开展钛铁矿还原锈蚀法制取富钛料过程强化的基础研究,对于加快还原锈蚀法在钛铁矿制取富钛料工业生产中的推广应用具有重大意义。本文以攀西钛铁矿为原料,综合运用冶金动力学及电化学原理,结合X-射线衍射、光学显微镜和扫描电镜等现代微观测试手段,探讨了添加剂对钛铁矿还原锈蚀法制取富钛料的影响,深入研究了不同锈蚀体系对还原钛铁矿锈蚀行为及其对富钛料制备的影响；在此基础上系统研究了还原钛铁矿锈蚀速率过程的强化措施及铁副产品的物相控制与钛铁分离的关系,获得了以下主要结论：（1）钛铁矿配加添加剂对还原钛铁矿金属化率产生明显的影响,但对后续的锈蚀分离过程中非铁杂质的去除作用不大。对还原钛铁矿金属化率的影响是添加剂影响钛铁矿还原锈蚀法制取富钛料的主要原因。研究表明,适宜的添加剂为Na2CO3+Na2B4O7·10H2O,其适宜用量为Na2CO3 1.5%、Na2B4O7·10HzO 1.5%。（2）还原钛铁矿的锈蚀体系选择研究发现,氟化氢铵+盐酸和氯化铵+盐酸有使还原钛铁矿锈蚀反应转变为浸出反应的倾向,适宜的锈蚀体系为氯化铵溶液。液固比、通气速率和温度是其主控因素。（3）氯化铵锈蚀体系通入氧气是强化还原钛铁矿锈蚀反应速率过程的有效措施。动力学研究表明,还原钛铁矿中金属铁的锈蚀过程受内扩散控制,锈蚀体系通入氧气金属铁锈蚀过程的表观反应活化能由通入空气时的13.28 KJ·mol-1降低至8.12 KJ·mol-1,通入氧气加快了其内扩散过程,促进了还原钛铁矿中金属铁锈蚀过程的阴极反应。（4）还原钛铁矿锈蚀产物中铁副产品的物相影响后续钛铁分离效果,研究发现,形成针铁矿时钛铁分离效果最好,所得富钛料Ti02品位为77.81%,回收率为90%左右,产品粒度分布均匀,主要物相为酸溶性良好的黑钛石,是硫酸法生产钛白的优质原料。本论文的研究结果为提高钛铁矿还原锈蚀法制取富钛料生产效率提供了理论指导和技术支撑,对钛铁矿制取富钛料行业的技术进步具有积极的推动作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 钛产品的性质及用途
• 1.2 钛资源特点及国内外分布状况
• 1.3 富钛料在钛工业中的地位
• 1.4 富钛料工业富集方法
• 1.4.1 电炉冶炼法
• 1.4.2 酸浸法
• 1.4.3 还原锈蚀法
• 1.5 钛铁矿还原的研究进展
• 1.5.1 配加添加剂
• 1.5.2 微波加热技术
• 1.6 还原钛铁矿锈蚀研究进展
• 1.6.1 锈蚀过程机理的研究
• 1.6.2 锈蚀过程强化的研究
• 1.6.3 铁副产品物相控制形成
• 1.7 本研究的意义及研究内容
• 第二章 试验原料与研究方法
• 2.1 试验原料及其物化性能
• 2.1.1 钛铁矿精矿
• 2.1.2 还原剂
• 2.1.3 粘结剂
• 2.1.4 化学试剂及气体
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 还原试验
• 2.2.2 锈蚀试验
• 2.3 分析和检测
• 2.3.1 全铁及金属铁测定方法
• 2.3.2 钛的检测方法
• 2.3.3 物相和形貌分析
• 2.3.4 产品粒度特征分析
• 第三章 添加剂对钛铁矿还原锈蚀法制取富钛料的影响
• 3.1 添加剂对钛铁矿还原的影响
• 3.2 添加剂对还原钛铁矿锈蚀制取富钛料的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 还原钛铁矿锈蚀体系的选择与锈蚀制度优化研究
• 4.1 锈蚀体系的选择
• 4.2 盐酸在锈蚀体系中的作用
• 4.3 氯化铵锈蚀体系下还原钛铁矿锈蚀制度的优化
• 4.3.1 液固比
• 4.3.2 通气速率
• 4.3.3 氯化铵浓度
• 4.3.4 搅拌速率
• 4.3.5 锈蚀温度
• 4.3.6 锈蚀时间
• 4.4 本章小结
• 第五章 还原钛铁矿锈蚀速率过程强化研究
• 5.1 通氧对锈蚀过程的影响
• 5.2 通氧锈蚀制度的优化研究
• 5.2.1 通氧速率
• 5.2.2 锈蚀温度
• 5.2.3 锈蚀时间
• 5.3 通氧对锈蚀反应动力学的影响
• 5.4 超声波对锈蚀过程的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 铁副产品物相形成控制及对钛铁分离的影响
• 6.1 铁副产品物相形成原理
• 6.2 铁副产品物相形成条件研究
• 6.2.1 通空气下的形成条件
• 6.2.2 通氧气下的形成条件
• 6.3 铁副产品物相对钛铁分离效果的影响
• 6.4 本章小结
• 第七章 产品性质及用途
• 7.1 富钛料
• 7.2 铁副产品
• 7.3 其它
• 7.4 本章小结
• 第八章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间主要研究成果