【摘要】：熔分鈦渣是將釩鈦磁鐵礦經(jīng)直接還原提鐵后再通過(guò)電爐熔分獲得的一種含鈦爐渣,其Ti02含量約為47%～51%,具有較高的綜合利用價(jià)值。目前,對(duì)熔分鈦渣的利用僅僅是用于硫酸法制備鈦白,其產(chǎn)品附加值低,且二次污染嚴(yán)重。本文針對(duì)熔分鈦渣的特點(diǎn),提出了基于堿熔-水浸-酸解法提鈦新工藝,不僅有效地回收了渣中的Ti、Al、Mg、Si等有價(jià)元素,還制備出納米TiO2光催化劑和NaA型分子篩等高附加值產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)了熔分鈦渣有價(jià)元素的高效綜合利用。 利用熔融NaOH對(duì)熔分鈦渣進(jìn)行堿熔處理。研究了熔分鈦渣中含鈦物相和MgAl2O4相在堿熔過(guò)程的物相轉(zhuǎn)化過(guò)程及轉(zhuǎn)變機(jī)理,探討了主要物相在轉(zhuǎn)化過(guò)程中的動(dòng)力學(xué),并計(jì)算了其反應(yīng)活化能。結(jié)果表明：當(dāng)堿熔溫度為500℃,渣堿比為1：1時(shí),熔分鈦渣中的含鈦相黑鈦石固溶體能夠完全轉(zhuǎn)變成為具有NaCl結(jié)構(gòu)的Na2TiO3。升高反應(yīng)溫度,降低渣堿比,可以促使具有NaCl結(jié)構(gòu)的Na2TiO3轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂笑?NaFeO2結(jié)構(gòu)的NaMO2(M=Ti, Fe, Mg)。此外,含鈦相和MgAl2O4相的轉(zhuǎn)化過(guò)程在動(dòng)力學(xué)上符合未反應(yīng)核模型,且轉(zhuǎn)化過(guò)程均受界面化學(xué)反應(yīng)控速,其表觀活化能分別為41.76kJ/mol和55.88kJ/mol。 針對(duì)酸解過(guò)程,詳細(xì)探討了不同酸解條件對(duì)制備合成納米TiO2晶型和形貌的影響,結(jié)果表明：以3g堿熔渣在200mL酸溶液中進(jìn)行酸解時(shí),HCl體系中容易制備出具有針狀團(tuán)簇體結(jié)構(gòu)的金紅石型TiO2,H2SO4體系中容易制備出具有微球狀粒子團(tuán)簇體結(jié)構(gòu)的銳鈦礦型TiO2,在HNO3體系中制備的TiO2則是兩種晶型的混合型。研究發(fā)現(xiàn),隨著H2SO4濃度的提高,開(kāi)始形成的銳鈦礦型TiO2會(huì)逐步轉(zhuǎn)變成為金紅石型TiO2。隨著液固比的提高或pH值的降低,銳鈦礦型TiO2會(huì)逐步轉(zhuǎn)變成為金紅石型TiO2,其微觀形貌也由納米粒子的團(tuán)簇體逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楹Ｄ憼畹慕Y(jié)構(gòu)。隨著酸解時(shí)間的延長(zhǎng),制備的TiO2晶型不會(huì)改變,但結(jié)晶性和晶粒大小會(huì)逐步提高。研究發(fā)現(xiàn),制備得到的納米TiO2光催化劑有Fe和Si元素的摻雜,在可見(jiàn)光條件下對(duì)羅丹明B溶液均具有很好的光催化效果,光照120min時(shí)的最大降解率可達(dá)到91%。 針對(duì)水浸及NaA型分子篩制備過(guò)程,討論了水浸條件對(duì)堿熔渣中NaAlO2和Na2SiO3浸出率的影響。以堿熔渣水浸液為原料,分別采用水熱法和常壓冷凝回流法合成NaA型分子篩。結(jié)果表明：常溫條件下控制液固比為10：1水浸60min獲得的一次水浸液適合作為制備分子篩的原料。采用水熱法或常壓冷凝回流法,控制硅鋁比(n(SiO2)/n(Al2O3))為2.0,水鈉比(n(H2O)/n(Na2O))為60～100時(shí),在合適的溫度和時(shí)間條件下都可以制備合成NaA型分子篩。在合成NaA型分子篩過(guò)程中,提高反應(yīng)溫度,降低水鈉比或延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間都易于使立方塊狀的NaA型分子篩向球狀羥基方鈉石轉(zhuǎn)變�？刂乒桎X比為2.0,水鈉比為100,在水熱溫度為120℃,水熱時(shí)間為3h條件下合成的NaA型分子篩對(duì)Cu2+具有較好的吸附效果,150min時(shí)的吸附率可達(dá)70%。 基于熔分鈦渣綜合利用新工藝,研究了渣中各元素的分布走向趨勢(shì),初步計(jì)算了其回收利用效率。結(jié)果表明：該循環(huán)工藝可以實(shí)現(xiàn)熔分鈦渣中Ti、 Al、Mg、Si的綜合利用,其回收利用效率分別為97.5%、87.0%、53.5%和26.3%,具有較好的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X757
【圖文】：

TiOz的光催化機(jī)理示意圖

管激光器作為光源，波長(zhǎng)為514 nm。實(shí)驗(yàn)中所用的館分鈦澄是由攀枝花鋼鐵公司提供，其物相分析如圖3-1所示。由XRD圖譜可以看出，其主要含鐵相為MgThOs、TisOs等黑欽石固溶體和Mg2Ti04，而主要雜質(zhì)相為MgAhCXj和無(wú)定形的桂酸鹽類以及少量的鐵氧化物。由于館分鐵澄是經(jīng)過(guò)直接還原所得，所以有部分的Ti4+被還原成Ti3+。圖3-2為溶分鈦澄中Ti元素的XPS分析，由圖可以看出，在457.4 eV和463.7 eV附近出現(xiàn)了兩個(gè)電子能結(jié)合峰，分別對(duì)應(yīng)于Ti 2p3/2和Ti 2pi/2的結(jié)合能，將其進(jìn)行分峰擬合可以發(fā)現(xiàn)，存在Ti4+和Ti3+兩種價(jià)態(tài)，說(shuō)明館分-31 -

根據(jù)公式（3-9)，可以計(jì)算出反應(yīng)方程式（3-1)?（3-5)五個(gè)反應(yīng)的吉布斯自由能隨溫度變化的關(guān)系，其結(jié)果如圖3-4所示。01 1-10000 - _^等%

本文編號(hào)：2748884