深还原钛渣硫酸法制取钛白实验研究

王斌

（攀钢集团研究院有限公司，钒钛资源综合利用国家重点实验室，四川攀枝花617000）

深还原钛渣硫酸法制取钛白实验研究

王斌

（攀钢集团研究院有限公司，钒钛资源综合利用国家重点实验室，四川攀枝花617000）

摘要：以含钛铁精矿直接还原冶炼的含钛物料（深还原钛渣）为原料，对硫酸法制取颜料级钛白粉的工艺进行了研究。实验结果表明，深还原钛渣具有良好的酸解性能，酸解率可达97%；酸解后得到的钛液过滤性能好；但酸解钛液中氧化镁和氧化铝浓度过高，所以直接以该钛液为原料制得的钛白颜料性能差。采用深还原钛渣和钛精矿按一定比例混合酸解，可以避免钛液杂质含量过高对最终钛白产品质量造成的影响。深还原钛渣较佳用量为不高于钛原料总质量的20%。

关键词：深还原钛渣；酸解；钛白

深还原钛渣是含钛铁精矿经转底炉还原冶炼后得到的含钛物料，TiO2质量分数为50%左右。目前，攀钢集团有限公司已形成了年处理10万t钒钛磁铁矿的“转底炉直接还原-电炉深还原”示范工程。钒钛磁铁矿经还原冶炼后矿中的钛资源几乎全部进入到深还原钛渣中。充分有效利用该钛渣，将对提升钒钛磁铁矿中钛资源的利用水平产生极其重要的意义。目前钛资源主要用于钛白粉生产，虽然深还原钛渣品位与钛精矿接近，但杂质含量非常高，且物相结构与酸溶性钛渣［1］较为接近，与钛精矿［2-3］相比差异较大，以该钛渣为原料酸解制取钛白时，钛液指标将会出现明显变化。该类型钛原料酸解应用的工艺已有相关报道［2］。为了探索深还原钛渣应用于硫酸法钛白生产的技术可行性，在现有硫酸法钛白生产工艺及技术的基础上，进行了酸解制取钛白的实验研究。

1　实验材料和方法

1.1主要原料

深还原钛渣、钛精矿和浓硫酸等，深还原钛渣和钛精矿中元素含量见表1。从表1可知，与钛精矿相比，深还原钛渣中CaO、MgO、Al2O3、SiO2的含量均较高，而TFe含量很低。另外，深还原钛渣中还含有一定量的低价钛。

表1　钛渣、钛精矿元素含量%

1.2实验方法

将深还原钛渣及钛精矿细磨至粒径小于48 μm，与浓硫酸按一定质量比混合均匀后，加入水引发反应。待主反应结束后，移入干燥箱中熟化一定时间，再取出加水溶解，即得深还原钛渣或钛精矿的酸解钛液。计算进入钛液的TiO2质量与TiO2总投入量之比，即可得到深还原钛渣或钛精矿的酸解率。钛液经沉降、过滤、冷冻结晶分离、浓缩、水解、煅烧等工序，即得钛白初品。分析钛白初品颜料性能，即可得到利用深还原钛渣制得的钛白产品的质量水平。

2　实验结果与分析

2.1深还原钛渣酸解制钛白

根据深还原钛渣的耗酸成分及水解工艺对钛液指标的要求，可以计算得到酸解深还原钛渣的浓硫酸需要量。由于深还原钛渣中耗酸量较高的MgO较多，因此浓硫酸消耗量比钛精矿酸解时要多。在浓硫酸与深还原钛渣的质量比为1.75，硫酸质量分数为86.5%的条件下，深还原钛渣酸解实验结果见表2。从表2可知，深还原钛渣酸解率达到97.04%，酸解性能很好。但酸解钛液中MgO和Al2O3质量浓度过高，分别为35.96、18.81 g/L，远远高于钛矿酸解钛液的指标（典型质量浓度分别为6.0、3.6 g/L）。

表2　酸解实验结果

将钛液TiO2质量浓度、m（TFe）/m（TiO2）和F值分别调整为225 g/L、0.26、1.85，再按硫酸法钛白自生晶种水解法水解，得到偏钛酸，经过滤洗涤、盐处理和煅烧，即得钛白初品。初品的消色力（TCS）为1 250，兰相（SCX）为2.10，金红石质量分数为98.95%。钛白初品TCS过低，未达到颜料级钛白产品质量水平（实验室样品TCS不低于1 600）。这主要是由于水解钛液中MgO和Al2O3含量过高，造成水解过程中体系离子强度过大。田从学［4］考察了浓钛液中Al2O3质量浓度（4.54～6.19 g/L）对水解和钛白颜料性能的影响，认为钛液中铝含量增加使黏度增大，降低了晶体生长过程的传质速率，同时总离子强度的增大造成水解反应时TiO2+有效浓度的降低，晶粒生长速率降低，水解速率减慢，一次聚集粒子碰撞几率降低，二次聚集粒子变细，从而引起最终钛白样品消色力下降。本实验中Al2O3含量明显很高，从而引起颜料钛白消色力偏低。

2.2深还原钛渣混矿酸解制钛白

由于深还原钛渣酸解后钛液中的MgO和Al2O3含量过高，按照现有硫酸法钛白生产工艺及技术参数制取钛白时，产品的颜料性能较差，故将其与普通钛精矿按一定比例混合酸解再制取钛白。酸解技术参数及结果见表3。从表3可知，深还原钛渣与钛精矿混合后的酸解率均在94%以上。酸解后得到的钛液过滤性能良好，且随着深还原钛渣配量增加，过滤时间逐渐缩短，这主要是由于钛原料酸解较彻底时，进入钛液的胶体杂质含量越少，从而过滤性能得到改善。

表3　酸解技术参数及结果

经过滤、冷冻结晶分离后，钛液的主要质量指标及杂质含量见表4。从表4可知，随着深还原钛渣配比提高，酸解钛液中的MgO和Al2O3含量亦相应增加。

表4　酸解钛液主要质量指标

将钛液主要质量指标调整至ρ（TiO2）为225 g/L、F值为1.85和m（TFe）/m（TiO2）为0.26，相应钛液中的MgO和Al2O3含量亦增加，见表5。

按硫酸法钛白自生晶种水解法水解，偏钛酸经过滤洗涤、盐处理和煅烧，即得钛白初品，其质量指标见表6。从表6可知，钛白初品的TCS随着深还原钛渣配比增加而逐渐下降。若要使TCS不低于1 600，则深还原钛渣质量分数以不超过20%为佳，此时用于水解的浓钛液中MgO和Al2O3质量浓度分别为19.20、10.49 g/L。

表5　浓钛液中主要杂质含量

表6　钛白初品颜料性能

2.3稳定实验

选择渣与矿质量比为10∶90和20∶80进行稳定实验。测试钛原料混合物的酸解率及酸解钛液过滤时间，浓钛液中的MgO和Al2O3的含量，钛白初品的颜料性能，结果见表7。从表7可知，深还原钛渣与钛精矿混合酸解，其酸解率≥95.50%，比全矿的酸解率（95.13%）要高。经计算，深还原钛渣的酸解率在98%以上，与单独酸解时结果较吻合。从钛白样品颜料指标来看，m（渣）∶m（矿）为10∶90的样品，TCS不低于1 540，亮度（Jasn）不低于94.25；m（渣）∶m（矿）为20∶80的样品TCS为1 551，但Jasn稍低。因煅烧温度偏低，煅烧强度不够，造成钛白样品的金红石质量分数不足。若能保证金红石质量分数达到98%以上，则钛白样品的TCS和SCX在此基础上将会进一步增加。

表7　稳定实验结果

3　结论

1）深还原钛渣酸解性能优异，酸解钛液过滤性能良好，可作为硫酸法钛白生产原料。2）深还原钛渣酸解钛液中MgO和Al2O3含量过高，以现有硫酸法钛白生产工艺和技术参数制取颜料钛白时，产品质量较差。采用深还原钛渣与钛精矿按一定比例混合酸解，可避免杂质含量过高对钛白产品质量造成的影响。深还原钛渣较佳配比为不高于钛原料总质量的20%。

参考文献：

［1］王斌，程晓哲，韩可喜，等.酸溶性钛渣酸解性能研究［J］.钢铁钒钛，2009，30（2）：6-11.

［2］李亮.攀枝花钒钛磁铁矿深还原渣酸解工艺研究［J］.无机盐工业，2010，42（6）：52-54.

［3］石玉洪，刘庆华，张仪芳，等.攀枝花铁精矿球团深还原钛渣理化性能的研究［J］.钢铁钒钛，1993，14（1）：7-13.

［4］田从学.硫酸法钛白水解工艺研究［R］.四川攀钢集团研究院有限公司，2010.

联系方式：kingjin555@163.com

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CN，103232027

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CN，103276440

中图分类号：TQ134.11

文献标识码：A

文章编号：1006-4990（2013）10-0036-03

收稿日期：2013-04-22

作者简介：王斌（1979—），男，工程硕士，化工工程师，主要从事硫酸法钛白、纳米钛白及钛资源综合利用工艺及技术研究，已发表论文6篇。

Study on preparation of titanium dioxide from further reduced titanium slag

Wang Bin
（State Key Laboratory of Vanadium and Titanium Resources Comprehensive Utilization，
Pangang Group Research Institute Co.，Ltd.，Panzhihua 617000，China）

Abstract：The preparation of pigment-grade titanium dioxide by sulfuric acid process with titanium contained material（further reduced titanium slag）from direct reduction of titanium-bearing iron ore concentrate as the raw material was studied. Experimental results showed that the acidolysis performance of further reduced titanium slag was excellent and the acidolysis rate reached 97%.The filtration performance of titanium solution obtained after the acidolysis was fine.However the excess of MgO and Al2O3in the titanium solution caused the poor pigment performance of titanium dioxide product，which was directly prepared by this titanium solution.The suitable concentration of MgO and Al2O3in titanium solution could be acquired by mixing the further reduced titanium slag with titanium concentrate at a certain ratio.The bad effects on the final product quality of titanium dioxide from the impurity could be avoided in this way.The optimum dosage of further reduced titanium slag was not higher than 20%of the total mass of titanium material.

Key words：further reduction titanium slag；acidolysis；titanium dioxide