铝酸钙炉渣中钛的提取研究

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赤泥是氧化铝企业提取氧化铝时排出的污染性废渣,一般每生产1吨氧化铝会产生1.0~2.0吨赤泥。堆存量不断增大的赤泥不仅造成日益严重的环境污染,而且赤泥中的许多可利用成分得不到合理利用,造成严重的资源浪费。目前,随着金红石资源的逐渐枯竭和价格上涨,人们纷纷转向价廉的钛铁矿以及废渣中的富钛料,而赤泥可以作为二次钛资源而加以利用。  拟采用烧结法处理赤泥得到铝酸钙炉渣,利用酸法从铝酸钙炉渣中回收Ti。鉴于实际铝酸钙炉渣的复杂性,本文从纯体系钛酸钙着手,对不同条件下钛酸钙的浸出性能及浸出机理进行了系统的研究。研究结果如下:  利用物质吉布斯自由能函数法对不同结构钛酸钙的生成难易度及酸溶性进行了研究。结果表明,不同条件下其生成难易度不同,473~2500K、钛含量较低时,Ca4Ti3O10最易生成、稳定性最好;273~573K时,按Ca4Ti3O10、 Ca3Ti2O7、CaTiO3的顺序酸溶性逐渐减弱。  对钛酸钙浸出过程动力学进行了研究。结果表明,浸出过程符合收缩未反应核模型,温度对浸出反应速率影响显著。65~85℃时,浸出过程受化学反应控制,其反应动力学方程可用1-(1-α)1/3=621.39exp(-42.40/RT)t来表示,反应表观活化能为42.40kJ/mol;130~170℃时,浸出过程受固膜扩散控制,其反应动力学方程可用1-2α/3-(1-α)2/3=0.0115exp(-11.82/RT)t来表示,反应表观活化能为11.82kJ/mol。  通过相图分析和浸出试验研究了C/T对钛酸钙浸出性能的影响。结果表明,C/T为1.8~2.1时,增大C/T对钛的浸出有利,钛浸出率由77.72%提高至88.25%;继续增大C/T,钛浸出率逐渐下降。  通过浸出试验及XRD、SEM、粒度分析等分析手段考察了随炉冷却及水冷处理对钛酸钙浸出性能的影响。结果表明,随炉冷却和水冷处理主要通过改变物料形貌而影响钛酸钙的浸出性能。随炉冷却料颗粒较小,较致密,钛浸出率不高;水冷料基体凹凸不平,较疏松,比表面积大,颗粒较大,强度低,钛浸出率较高。  研究了水冷温度对钛酸钙浸出性能的影响。结果表明,在浸出温度为95℃,浸出时间为3h,硫酸浓度为98%,L/S=10,水冷温度为700~1300℃的条件下,钛浸出率随水冷温度的升高而呈现不规则变化,850℃时达到最大值92.32%。  研究了降温速度对钛酸钙浸出性能的影响。结果表明,在浸出温度为95℃,浸出时间为3h,硫酸浓度为98%,L/S=10,降温速度为1~2.5℃/min的条件下,缓慢降温有利于钛浸出率的提高。随着降温速度的减慢,钛浸出率由281.41%提高到84.86%。
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