發(fā)布時間：2017-10-19 07:31

  本文關(guān)鍵詞：含鈦高爐渣中鈣鈦礦的直接提取研究

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【摘要】：脫硅是高硅冶金渣(及礦物)濕法資源化過程中棘手的傳統(tǒng)命題,其本質(zhì)原因在于:溶出的硅酸分子存在復(fù)雜的聚合膠凝行為。而攀枝花地區(qū)的含鈦高爐渣作為我國典型難處理的高硅冶金渣,使我國成為全球最大的二次鈦資源擁有國,由于有價值組元“Ti”賦存于不同的硅酸鹽礦物之中,以及不同礦物相之間存在復(fù)雜的相互嵌布關(guān)系,使得我國存量巨大的含鈦高爐渣的綜合利用至今未能得到有效的解決,不僅造成資源的浪費(fèi),而且產(chǎn)生嚴(yán)重環(huán)境污染問題。因此,基于直接提取渣中目標(biāo)組分的探索,本論文以難處理高硅冶金渣-含鈦高爐渣為研究對象,設(shè)計渣中的鈣鈦礦Ca Ti O3為目標(biāo)組分,通過創(chuàng)造適宜的物理化學(xué)條件對渣進(jìn)行熱態(tài)改性,同時實(shí)現(xiàn)硅酸鹽礦物的重構(gòu)及有價組元在目標(biāo)組分的富集;查明硅酸鹽礦物重構(gòu)與目標(biāo)組分富集析出的相互作用;闡明硅酸鹽礦物的成分、形態(tài)及礦相組成對酸溶性硅酸鹽礦物在溶液中定向遷移規(guī)律的影響;運(yùn)用核收縮模型(SCM),探明硅酸鹽礦物的直接酸解行為,揭示酸溶出硅酸聚合和目標(biāo)組分解離的控制機(jī)制,實(shí)現(xiàn)目標(biāo)組分與硅酸鹽礦物的高效分離。主要研究內(nèi)容及成果如下:(1)添加NaNO_3、Na_2SO_4、Na OH、Na_2CO_3四種不同的改性劑對模擬含鈦高爐渣改性,考察了淬冷溫度、改性劑含量對鈣鈦礦的富集長大以及硅酸鹽礦物重構(gòu)的影響。研究結(jié)果表明:改性促進(jìn)鈣鈦礦的富集長大,形成易被酸溶解的硅酸鹽礦物(鋁硅酸鹽、無定型硅酸鹽、鎂橄欖石、鈣鎂橄欖石、鎂硅酸鹽),在30%NaNO_3 1250℃淬冷條件下,得到最大的鈣鈦礦含量和尺寸,分別為53%和83.3μm,鈣鈦礦的析晶過程受晶體成核和生長階段共同控制。(2)通過酸浸實(shí)驗(yàn),研究了不同條件對鈣鈦礦的提取以及硅酸鹽解離的影響。研究結(jié)果表明:添加30%NaNO_3 1250℃淬冷條件下,可形成能被稀鹽酸完全溶解的晶相硅酸鹽(Al_(46.40)Si_(17.60)Na_(43.89)O_(128.00))和無定型硅酸鹽,酸浸渣中鈣鈦礦含量可達(dá)到88.3%和1.4%SiO_2,鈣鈦礦的回收率可達(dá)到55%。適宜的浸出條件:浸出溫度25℃,鹽酸濃度8%,渣酸比1g:15ml。通過實(shí)驗(yàn)判定酸浸過程符合核收縮模型,浸出過程受界面?zhèn)髻|(zhì)和固體產(chǎn)物層擴(kuò)散混合控制,動力學(xué)方程為(1/3)ln(1-x)+(1-x)~(-1/3)-1。根據(jù)阿倫尼布斯公式,求得Si的浸出表觀活化能為17.23k J/mol。(3)以30%NaNO_3對攀鋼含鈦高爐渣進(jìn)行熱態(tài)改性,其結(jié)果與改性模擬渣相似,均能對渣中的硅酸鹽礦物進(jìn)行有效的解離,酸浸渣中SiO_2的品位1.28%,鈣鈦礦的含量和回收率分別為77.79%和46.45%。綜上所述,本課題的研究成果不僅可以為含鈦高爐渣中目標(biāo)組分的直接提取提供理論基礎(chǔ),開辟該類渣直接材料化新途徑,破解硅酸聚合膠凝難題,并且對低品位高硅冶金渣的資源化利用具有重要借鑒意義。
【關(guān)鍵詞】：含鈦高爐渣 硅酸鹽礦物 高效解離 礦物相重構(gòu) 宏觀動力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X757;TQ132.32
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 含鈦高爐渣的來源11-12
• 1.2 含鈦高爐渣的化學(xué)成分和礦物組成12-14
• 1.3 國內(nèi)外含鈦高爐渣資源化利用狀況14-20
• 1.3.1 國外含鈦高爐渣綜合利用狀況14
• 1.3.2 國內(nèi)含鈦高爐渣綜合利用狀況14-20
• 1.4 鈦組分選擇性析出與分離技術(shù)的研究現(xiàn)狀20-21
• 1.4.1 鈦選擇性富集于鈣鈦礦相的研究20
• 1.4.2 鈦選擇性富集于黑鈦石相的研究20-21
• 1.4.3 鈦選擇性富集于金紅石相的研究21
• 1.5 本課題研究的意義、內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)21-23
• 1.5.1 課題研究的意義21
• 1.5.2 課題研究的內(nèi)容21-22
• 1.5.3 主要創(chuàng)新點(diǎn)22-23
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料、儀器和方法23-26
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器23-24
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方法與步驟24-25
• 2.4 材料的表征方法25-26
• 2.4.1 X射線衍射（XRD）25
• 2.4.2 掃描電子顯微鏡（SEM）25
• 2.4.3 X射線熒光光譜儀（XRF）25
• 2.4.4 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（ICP）25
• 2.4.5 傅立葉紅外光譜儀（FTIR）25
• 2.4.6 X射線光電子能譜（XPS）25-26
• 第三章 選擇性富集以及礦物相重構(gòu)26-46
• 3.1 引言26
• 3.2 模擬渣的制備26-29
• 3.2.1 圖像處理26-27
• 3.2.2 模擬渣的物相分析27-29
• 3.3 改性渣的制備29-45
• 3.3.0 不同材質(zhì)坩堝的選擇29
• 3.3.1 緩冷與淬冷的比較29-31
• 3.3.2 淬冷方式的選擇31-32
• 3.3.3 改性劑含量對礦物相重構(gòu)的影響32-34
• 3.3.4 XPS分析34-35
• 3.3.5 淬冷溫度對礦物相重構(gòu)的影響35-38
• 3.3.6 不同改性劑改性對礦物相重構(gòu)的影響38-45
• 3.3.6.1 Na_2SO_4改性劑不同淬冷溫度改性渣礦物相組成的變化39-41
• 3.3.6.2 NaOH改性劑不同淬冷溫度改性渣礦物相組成的變化41-43
• 3.3.6.3 Na_2CO_3改性劑不同淬冷溫度改性渣礦物相組成的變化43-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 第四章 改性渣的酸浸研究46-65
• 4.1 引言46
• 4.2 實(shí)驗(yàn)原理46
• 4.3 實(shí)驗(yàn)步驟與裝置46-47
• 4.4 不同含量NaNO_3改性渣的酸浸分析47-48
• 4.5 NaNO_3改性劑不同淬冷溫度改性渣的酸浸分析48-51
• 4.6 Na_2SO_4改性劑不同淬冷溫度改性渣的酸浸分析51-53
• 4.7 NaOH改性劑不同淬冷溫度改性渣的酸浸分析53-56
• 4.8 Na_2CO_3改性劑不同淬冷溫度改性渣的酸浸分析56-58
• 4.9 不同酸浸條件對NaNO_3改性渣鈣鈦礦品位、回收率以及SiO_2品位的影響58-60
• 4.9.1 攪拌時間對酸浸渣鈣鈦礦品位、回收率以及SiO_2品位的影響58-59
• 4.9.2 鹽酸濃度對酸浸渣鈣鈦礦品位、回收率以及SiO_2品位的影響59
• 4.9.3 渣酸比對酸浸渣鈣鈦礦品位、回收率以及SiO_2品位的影響59-60
• 4.10 酸浸過程動力學(xué)60-62
• 4.11 實(shí)際渣改性酸浸研究62-63
• 4.12 本章小結(jié)63-65
• 第五章 結(jié)論與展望65-66
• 5.1 結(jié)論65
• 5.2 展望65-66
• 參考文獻(xiàn)66-71
• 在學(xué)研究成果71-72
• 致謝72-73
• 附錄A73-89

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