高鈦高爐渣是采用高爐冶煉高鈦型釩鈦磁鐵礦而排放出的工業(yè)固體廢棄物,具有只在我國(guó)攀西地區(qū)存在的地域特殊性,以及有價(jià)組分存在復(fù)雜、含量豐富的性質(zhì)特殊性。高鈦高爐渣產(chǎn)量巨大,每年約產(chǎn)生360萬(wàn)噸,歷史堆積量已達(dá)7000萬(wàn)噸,它的大量堆積容易導(dǎo)致周邊水體、土壤以及大氣受到污染,更有甚者容易造成堆體滑坡、泥石流等安全事故。目前,對(duì)于高鈦高爐渣的資源化利用還未有最為有效的工藝,唯一已進(jìn)入中試生產(chǎn)的―高溫碳化-低溫氯化‖法還因?yàn)闀?huì)生產(chǎn)大量的含氯尾渣而受到限制。因此,高鈦高爐渣的資源化開(kāi)發(fā)與利用工藝一直是國(guó)內(nèi)外環(huán)境及資源領(lǐng)域所關(guān)注與研究的重要課題。在眾多資源化利用工藝中,硫酸法因可同時(shí)從高鈦高爐渣中提取出多種有價(jià)組分以及提取率高而具有較好的發(fā)展趨勢(shì),但酸解過(guò)程中容易產(chǎn)生酸霧以及石膏膠體成為了阻礙其應(yīng)用的主要原因。本文在傳統(tǒng)硫酸法處理高鈦高爐渣的基礎(chǔ)上作出創(chuàng)新,以攀枝花鋼鐵廠所產(chǎn)水淬型高鈦高爐渣為研究對(duì)象,針對(duì)渣中Ti、Mg、Al含量高、易于提取的特點(diǎn),提出―濃硫酸焙燒活化-稀硫酸浸取提Ti、Mg、Al-沸騰水解制備TiO₂-共沉淀水熱法制備鎂鋁水滑石‖的工藝路線。通過(guò)XRD、XR... 

【文章來(lái)源】：西南科技大學(xué)四川省

【文章頁(yè)數(shù)】：130 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

水淬型高鈦高爐渣的數(shù)碼照片

硫酸焙燒高鈦高爐渣提取Ti、Mg、Al及高溫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)393.2.6水浸前后固相的微觀形貌圖3-14為優(yōu)化焙燒條件下獲得的焙燒渣及其水浸渣的微觀形貌分析，如圖（a）所示。在顯微鏡下觀察到焙燒渣中存在很多邊長(zhǎng)2～4μm的方形薄片，此為Ⅱ-硬石膏的典型形態(tài)[113]，硬石膏方片相互雜亂交疊“生長(zhǎng)”在無(wú)固定形貌的“基底”上，分析“基底”可能由硫酸鋁、硫酸鎂以及硫酸鈦組成。通過(guò)去離子水水浸后，圖3-14（b）中顯示水浸渣的微觀形貌為規(guī)則的、表面光滑的菱形板狀結(jié)構(gòu)顆粒，通過(guò)查詢(xún)文獻(xiàn)可知，此為石膏的典型形貌[114，115]，石膏晶體完整性較好，相互間無(wú)交叉生長(zhǎng)的情況，在水浸料漿的過(guò)濾過(guò)程中，這種板狀結(jié)構(gòu)的顆粒容易水平堆疊在一起，形成緊密的堆積結(jié)構(gòu)，不利于液體的濾出，從而導(dǎo)致水浸料漿過(guò)濾性能較差。（a）（b）圖3-14水浸前后固體相的微觀形貌（a）焙燒渣（b）水浸渣3.2.7焙燒過(guò)程的高溫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)由上述探究工藝條件的實(shí)驗(yàn)中可知，酸渣比、焙燒溫度、焙燒時(shí)間對(duì)Ti、Mg、Al組分的提取效果具有較大的影響，同時(shí)，在前期的預(yù)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)高鈦高爐渣的粒度對(duì)各組分的提取率也存在著一定的影響，故在本節(jié)的動(dòng)力學(xué)模擬中主要通過(guò)研究在不同焙燒溫度、酸渣比以及原料粒度下，各組分的總提取率（即將Ti、Mg、Al看作整體計(jì)算的提取率）與焙燒時(shí)間的關(guān)系來(lái)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。高鈦高爐渣與濃硫酸的混合焙燒是一種典型的液固反應(yīng)，由于高鈦高爐渣顆粒表面較為致密，可認(rèn)為是無(wú)孔結(jié)構(gòu)，在焙燒過(guò)程中，含鈦、鎂、鋁顆粒逐漸縮小，因此最適合的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型是收縮未反應(yīng)核模型[116-118]。反應(yīng)從濃H2SO4與高爐渣顆粒的接觸面開(kāi)始發(fā)生，形成的硫酸鈦等產(chǎn)物包裹在未反應(yīng)的顆粒表面，H2SO4擴(kuò)散通過(guò)產(chǎn)物層到達(dá)未反應(yīng)界面繼續(xù)發(fā)生酸解反應(yīng)，所以

西南科技大學(xué)博士學(xué)位論文56(g)圖4-12硫酸浸取過(guò)程中固相微觀結(jié)構(gòu)的變化(a)SJZ-t-1min;(b)SJZ-t-3min;(c)SJZ-t-5min;(d)SJZ-t-12min;(e)SJZ-t-14min;(f)SJZ-t-17min;(g)SJZ-t-30min4.2.5水浸過(guò)程物相變化機(jī)理分析Ⅱ-硬石膏與石膏間的相互轉(zhuǎn)化是一個(gè)“溶解-成核-生長(zhǎng)”的過(guò)程，通過(guò)熱力學(xué)判定可知Ⅱ-硬石膏與H2O結(jié)合轉(zhuǎn)化成石膏是自發(fā)進(jìn)行的[126]，但由于Ⅱ-硬石膏飽和溶液的過(guò)飽和度比石膏飽和溶液的過(guò)飽和度低，所以在純水中水化速率很慢[127]，然而，在某些鹽的激發(fā)作用下，Ⅱ-硬石膏的水化作用將大大加強(qiáng)[128]。由此水浸過(guò)程中物相的變化機(jī)理如圖4-13所示。在稀硫酸浸取焙燒渣的過(guò)程中，焙燒渣中的可溶性硫酸鹽，即Ti(SO4)2、Al2(SO4)3和MgSO4很容易溶解在液相中，陽(yáng)離子Mg2+、Al3+、Ti4+以及陰離子SO42-迅速吸附在Ⅱ-硬石膏表面，擴(kuò)散前形成濃度較高的吸附層，Ⅱ-硬石膏中的CaSO4具有形成絡(luò)合物的能力，容易與吸附層中的Al3+、SO42-以及H2O分子反應(yīng)形成不穩(wěn)定的復(fù)合水化物Al2(SO4)3·mCaSO4·nH2O[129-131]，這種水化物十分不穩(wěn)定，立即會(huì)分解為含水鹽類(lèi)Al2(SO4)3·(n-2m)H2O和石膏，由此促進(jìn)了Ⅱ-硬石膏向石膏的轉(zhuǎn)化，也說(shuō)明了酸浸較短時(shí)間內(nèi)酸浸渣中出現(xiàn)石膏相的原因。石膏在硬石膏顆粒表面形成，隨著酸浸時(shí)間的增加，石膏層的厚度逐漸增加，直至Al3+和SO42-因擴(kuò)散后濃度降低而停止形成，此時(shí)石膏顆粒被H2SO4包圍，H2SO4中的H+通過(guò)表面絡(luò)合以及外部形成H3O+的方式從石膏相中剝離出H2O分子，從而導(dǎo)致石膏相在晶體和溶液的交界處直接脫水形成Ⅱ-硬石膏[114]，隨著酸浸時(shí)間的延長(zhǎng)，反應(yīng)逐漸向顆粒中心移動(dòng)直至石膏全部轉(zhuǎn)化為硬石膏。


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