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二氧化钛，俗称钛白，是一种重要的化工原料，是世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸等行业。硫酸法和氯化法是目前工业生产二氧化钛的两种工艺，但无论是硫酸法或氯化法，它们在生产过程中存在排废量大、废物毒性大、对环境污染重等问题。本论文针对我国钛资源特色，提出了一种生产二氧化钛的新工艺，该工艺以钛铁矿或高钛渣为原料，以无毒、无害的氢氧化钾亚熔盐为反应介质，从生产源头消除了对环境的污染，实现了钛资源有价组分的综合利用。氢氧化钾亚熔盐具有蒸气压低、沸点高、反应活性高及流动性能好等特性，为性能可控的高浓度非常规介质。
本研究作为中国科学院过程工程研究所亚熔盐化工冶金技术平台的重要组成部分，对钛铁矿和高钛渣亚熔盐分解工艺新过程进行了系统的基础研究，为工艺设计提供了理论依据。主要研究内容如下：
(1)通过热力学计算对钛铁矿中主要组分在氢氧化钾亚熔盐体系中分解时的可能生成产物进行了分析。实验研究了氢氧化钾浓度为55～80 wt.％，反应温度为100～280℃时TiO2在氢氧化钾亚熔盐中的反应行为。结果表明：随碱浓度及反应温度的不同可生成K4Ti3O8、KTiO2(OH)及K2Ti2O5·0.5H2O三种不同的钛酸钾产物；K4Ti3O8及K2Ti2O5·0.5H2O的形貌均为片状结晶，KTiO2(OH)的形状为六方柱状，且三种钛酸钾在一定的温度煅烧后均转化为片状的二钛酸钾(K2Ti2O5)。
(2)研究了氢氧化钾亚熔盐分解钛铁矿的反应动力学，提高反应温度、碱矿质量比或者减小矿粒度均能提高钛铁矿的分解率，其中反应温度的影响尤为显著；钛铁矿在氢氧化钾亚熔盐中的分解过程符合收缩未反应核模型，受界面化学反应控制，其表观活化能为55.49 kJ/mol。
(3)对钛铁矿在氢氧化钾亚熔盐中的分解工艺条件进行了优化，实验结果表明，在优化的条件下，矿石的分解率在96％以上；添加KNO3、高温焙烧预处理及超声波预处理钛铁矿对矿石的分解率没有明显的提高。
(4)钛铁矿氢氧化钾亚熔盐反应产物(K4Ti3O8)能与溶液中H+发生离子交换反应，随溶液pH值的降低，K4Ti3O8中K+离子逐渐被交换出来，生成一系列无定形的钛酸盐中间体。一定条件下所得的钛酸盐中间体经合适的温度煅烧后可转化为TiO2或K2Ti6O13纤维。
(5)新工艺过程的研究表明，氢氧化钾亚熔盐分解钛铁矿后经稀释相分离可实现钛-碱的初步分离，液相经熬碱浓缩可实现反应介质的内循环，固相经深度脱钾、溶解、萃取、水解、煅烧后可得形状为球形，大小在1.0μm左右，其纯度在97％以上的二氧化钛粗产品。
(6)高钛渣氢氧化钾亚熔盐分解工艺表明，当碱矿比为4.5∶1，反应温度为270℃，反应时间为2 h，高钛渣在氢氧化钾亚熔盐中能完全分解，钛的转化率接近100％。亚熔盐反应结束后通过稀释相分离，实现了碱-钛的初步分离与富集，分离的碱通过蒸发浓缩可实现反应介质的内循环，固相经深度脱钾、溶解、水解、煅烧后可得纯度为97.8％的锐钛矿型二氧化钛，经过漂白、包膜等后处理可用于工业上广泛使用的钛白。