钛白粉生产工艺中钛渣的绿色综合利用

钛白粉生产工艺中钛渣的绿色综合利用
发布时间：2023-02-06T02:30:35.802Z 来源：《中国科技信息》2022年第9月第18期作者：郭如峰
[导读] 钛渣是多种钛的氧化物的总称，其中含有大量具备较高回收价值的金属。

郭如峰
江苏镇钛化工有限公司江苏镇江 212000
摘要：钛渣是多种钛的氧化物的总称，其中含有大量具备较高回收价值的金属。

对其进行绿色综合利用，具有十分广阔的应用前景。

以钛渣为原料，经过一系列的环保方法可以通过一定的手段制得SiO2-CaO产品，所得的碱液再进行碱溶处理。

生产全过程都是环保的，化工原料均可二次循环，可在最大的程度上减少对于环境的污染，符合我国最新提出的循环经济和可持续发展的要求。

关键词：钛白粉；钛渣；综合利用
一、引言
当前市场对原料要求较高的氯化钛白粉。

我国钛资源总量多，但由优质的钛矿藏资源相比较国外来说存在较大的不足，呈现出一种数量多但是质量不高的分布态势。

TiO2在常温下基本不发生化学反应。

难溶于各类弱酸，即便是对于硫酸这种强酸，TiO2也仅仅是呈现一种微溶的状态。

我国经过多年的技术积累以及产业升级，目前已成为世界上钛白粉生产国之中生产能力最前的国家，产量排名已经排至第一。

应用范围广泛，主要应用于涂料，油漆等诸多行业。

钛的渣料是一种在生产钛合金所得到的钛渣含有铁，铝，硅等可回收金属的混合化合物，因为其中包含多种具有较高的可回收利用价值的物质，所以学界对其回收再利用的可能性展开了较多的研究工作。

研究钛渣的绿色综合利用，不仅能保护环境，而且具有一定的经济效益。

利用钛渣生产二氧化钛，可以优化加工时间，减少污染，降低副产物的生成量，具有多种优势。

国内钛渣冶炼设备还不够先进，主要是开放式圆弧炉，距离国外相关冶炼技术以及硬件设备还有一定的差距需要追赶。

总的来说，我国钛渣的生产技术还存在不足，需要不断改进熔炼工艺，降低能耗，实现无污染生产。

二、从硫酸氢铵焙烧钛渣中提取二氧化钛
1.1原材料
原料及试剂：钛渣；硫酸氢铵、硫酸铁铵、硫氰酸钾、碳酸氢钠等化学试剂购自广州市化学试剂厂，分析纯。

1.2实验方法及结果
将钛渣和NH4HSO4搅拌均匀后放入坩埚中，采用首先加热，然后冷却的处理方法对其进行实验钱的预处理，然后在熟料中加入一定量的水溶解对于实验物料进行进一步的处理，为了使得溶解速度加快，可以采用搅拌的方式来提高溶解速度。

待试验物料充分溶解之后，进行煅烧处理，煅烧时间为60min，煅烧温度控制在455℃—475℃，煅烧可以得到二氧化钛固体，二氧化钛的提取率经过计算分析，约为85.3%。

焙烧品的溶解：为了进一步提纯制取钛白粉，对焙烧品进行进一步的处理，使用水浴方式加热至反应温度，将焙烧品和水加入到实验容器之中，不断搅拌，过滤一定时间后进行检测分析。

通过测算所得的钛白粉质量，进行计算可以得出钛白粉提取率达95%。

三、从钛溶液中提取铝制备氧化铝
钛和铝主要存在于钛渣焙烧溶解后得到的溶液中，加热水解后溶液中残留大量硫酸铝。

2.1原材料
原料及试剂：钛渣；硫酸氢铵、硫酸铁铵、硫氰酸钾、碳酸氢钠等化学试剂购自广州市化学试剂厂，分析纯。

2.2工艺流程
通过实验仪器对于钛渣可以进行初步的加工，使得其中所含有的有效可回收利用的物质首先分离出来，以方便后续的反应进行，这种方式可以有效的降低后续反应的难度以及提升反应产物的纯度，对于提升钛渣整体的回收利用率是十分关键的，因为这种预处理分布处理的方式可以方便的从实验室环境中移植到工厂工业化生产环境中，使得由实验室到工厂的工艺过度更加的平滑，减少工业化生产时失败的风险。

通过在溶液中增加NH4HCO3进行调节，通过反应生成(NH4)2SO4，进行回收二次利用。

对于反应产物进行进一步的反应加工，可以提取氢氧化铝成分进行进一步回收利用。

在反应过程之中，为了保持反应的可持续性，应不断的去除反应之中的副产物氢氧化铁，以求将氢氧化铁对于反应的影响降低到最低的程度。

通过实验分析可以基本确定析铝速率的主要因素有析铝温度、析铝pH值和析铝时间。

同时，在浸泡过程中，还要把握好沉淀时间，因为沉淀时间也是一个相对比较重要的影响析铝速率的因素。

铝的沉淀效果与反应时间有着很大的关系，不同的反应时间得出的铝的沉淀效果有着非常大的差异，因此需要精确控制反应时间。

通过查阅前人的实验数据，可以首先将实验时间设定在15min-25min。

反应产物铝将会以NaAlO2的形式进入溶液，而铁以氢氧化铁的形式沉淀。

在对于实验原理进行进一步的过滤、洗涤和干燥后，就可以得到Fe(OH)3产品。

3滤渣处理
滤渣中含有大量二氧化硅。

在这里，滤渣用碱法处理制备硅酸钙产品，因为碱法处理可以在最大程度上提高钛渣滤渣的利用率的同时，几乎没有产生环境污染，反应条件相对于其他的方法也相对比较简答，更加适合大规模的工业化生产。

3.1实验材料
实验材料：氧化钙、氢氧化钠等试剂为分析纯，购自广州化学试剂厂。

设备：温度控制器、电阻丝加热炉、水浴、搅拌器。

钛渣经焙烧、溶出、过滤得到滤渣。

二氧化硅的含量约为52%，氧化铝的含量约为10%。

3.2处理过程
碱溶解：将滤渣和水进行混合，加入到容器之中，使得两者进行充分的接触，从而使得滤渣中的成分溶解到水中，为下一步的反应进行充分的准备。

可采用加热与搅拌两个方式共同提高反应速率，为了保证反应速度的整体可控，应该严格的控制反应温度以及搅拌的速度，只有对于反应温度以及搅拌的速度进修严格控制，才能保证所得出的实验数据具有一致性以及可信的说服力。

通过一定时间的预处理可以得到固体-分液，滤液为硅酸钠溶液。

接下来可以进入钙化工序：将一定量的硅酸钠溶液倒入烧杯中，通过水浴的方式进行分离，为了提高实验的反应速率，方便观察，可以采用搅拌的方式提高反应速度，但是需要注意控制搅拌速度。

将石灰乳溶液按比例加入硅酸钠溶液
中，加热搅拌均匀温水浴，最后通过过滤的方式来分离反应产物，通过上述实验方法可以将硅酸钠反应率提高至95%。

1碱溶解温度的影响
使用NaOH与滤渣进行反应，在滤渣中加入NaOH以及适量的清水后，通过碱溶温度对碱溶度的影响研究了二氧化硅的提取率。

通过实验中观察到的现象可以分析出温度对提取率有非常明显的影响，由此可以分析出若需要提高反应速率，可以通过增加温度来快速实现。

通过多次实验，可以得出最佳反应温度控制在185℃-195℃。

3反应时间的影响
通过多次对比实验可以分析出，以实验进行时间为控制变量的情况之下，在15-60分钟的范围内，二氧化硅的萃取率随着反应时间的增加而逐渐增加。

当60分钟时，提取率达到最大值73.22%。

在之后提取率呈缓慢下降趋势。

但由于滤渣中氧化铝含量低，反应曲线随着反应时间的延长趋于稳定。

综合考虑，碱溶时间控制在55min-69min为宜。

3液固质量比的影响
通过多次对比实验考察了液固比对二氧化硅提取率的影响，通过实验可以分析出，随着液固质量比的增加，二氧化硅的提取率逐渐提高。

其中液固质量的最佳数值为4.5:1。

随着液固比的增加或者是减少，反应物质受到相对不合理的液固比的影响而减慢了反应速度，因此液固比在4.5:1时，可以达到最佳的反应速度。

四、结论
随着国家对环境保护更加重视，合理利用钛渣，变废为宝具有重要意义，在减少了废渣排放的同时可以得到更多的经济效益，同时又没有增加环保的负担，可谓是一举多得的应用场景，因我国的钛白粉产量连年增加，钛渣的产量也十分可观，对齐进行有效的综合利用具有十分广阔的发展空间。

本文采用硫酸氢铵焙烧从钛渣中提取二氧化钛。

在此过程中，化工原料全部回收利用，实现了全过程的绿色化，本文的探索是对钛渣综合利用的一次尝试。

在试验过程中依然存在着诸多未能充分实验论证的地方，有待后人进行进一步的实验来进行补充完善，相信随着后续提取技术的不断完善，可以使得钛渣变废为宝具备更加高的理论意义与实践意义。

参考文献：?
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