富钪锐钛矿综合回收过程中钛的浸出行为研究 化境工程专业

摘要钛和钪是重要的稀有金属和战略金属，钪常以类质同象型或者吸附状态伴生于钛矿物中，因此，含钪钛矿物在钛的提取过程中进行钪的回收具有重要的现实意义。课题组曾针对含TiO25.3%、Sc2O384.7g/t的贵州晴隆锐钛矿采用酸浸-萃取法提取钛、钪，并综合回收铝、铁、硅，分别制备了钛白粉、氧化钪、高纯超细氧化铝、优质硅钙肥、硫酸铁系列产品，实现了吃干榨净、无尾排放，为资源的综合回收利用提供了新的研究思路。论文以四川某含钪锐钛矿为研究对象，原矿含TiO26.86%、Sc2O349.2g/t，是主要有用组分，钛矿物中主要以锐钛矿和金红石为主，脉石矿物以赤铁矿、石|英、高岭石和累托石为主。锐钛矿与脉石连生紧密，嵌布粒度极细，与晴隆锐钛矿原矿性质相似，属于难选矿石。本论文主要进行该含钪锐钛矿研究，旨在为实现该锐钛矿的清洁高效综合利用奠定基础，为类似矿产资源的开发提供参考。论文从原矿工艺矿物学研究入手，根据矿石中钛较难被浸出，铝、铁相对容易浸出的现象，在探索试验的基础上提出两段浸出的试验研究方案：控制钛的一段浸出率，将钛的浸出集中在二段，二段浸出液含铝铁低有利于钛的萃取。一段硫酸浸出试验研究表明，在磨矿细度为-0.075mm含量为85%，H2SO4浓度7.36mol/L，浸出温度110℃，液固比4ml/g，浸出时间90|min，搅拌转速300r/min的条件下，TiO2、Sc2O3、Al2O3、TFe的浸出率为分别为12.41%、69.25%、40.22%、93.09%。一段渣二段直接浸出试验研究表明，当H2SO4浓度为16.56mol/L，浸出温度为170℃，液固比为3ml/g，浸出时间为120min，搅拌转速为300r/min时，TiO2、Sc2O3、Al2O3、TFe的浸出率相对于原矿计算结果分别为79.50%、92.92%、97.45%、99.37%，钛的浸出率较低。为了进一步提高钛浸出率，强化锐钛矿溶解，进一步进行一段渣硫酸化焙烧浸出试验研究，在酸矿比为1，焙|烧温度400℃，焙烧时间90min，H2SO4浓度2.76mol/L，浸出温度100°C，液固比3ml/g，浸出时间60min，搅拌速度300r/min的条件下，TiO2、Sc2O3、Al2O3、TFe的浸出率相对于原矿计算结果分别为93.05%、90.85%、98.31%、99.34%，钛的浸出率大幅提高。浸出渣含TiO21.43%、Al2O31.16%、TFe0.39%、x

1SiO280.56%、CaO0.024%、MgO0.01%、K2O0.062%。试验结果表明，一段渣硫酸化焙烧浸出法可以高效浸出钛、钪、铝、铁，并得到纯度较高的无定型活性二氧化|硅。根据浸出液的性质，进行了一段浸出液结晶铝、萃取钪、废酸浓缩和一段渣硫酸化焙烧浸出液萃取钛、结晶铝等探索试验研究，分别制备了粗氧化钪、粗钛渣、硫酸铝铵、无定型活性二氧化硅、硫酸铁系列产品，初步确定了“一段硫酸常压浸出-一段渣硫酸化焙烧浸出-浸出液分别单独处理”的分支并联工艺流程处理该锐钛矿的技术方案，探索试验进一步说明，采用“一段硫酸常压浸出-一段渣硫酸化焙烧浸出”的浸出工艺对实现该锐钛矿的无尾排放、清洁生产、高效利用是合理的。在酸浸试验研究的基础上，对钛的浸出相关机理做了深入研究。热力学分析计算结果表明，锐钛矿的硫酸溶解反应不能自发进行，锐钛矿较难被|浸出。不同温度下的浸出动力学分析表明，钛的酸浸过程属于化学反应控制，表观活化能为43.38kJ·mol-1。不同H2SO4浓度下的浸出动力学分析表明，随着H2SO4浓度的增加，钛的酸浸过程从化学反应控制向内扩散控制转换，表观反应级数为4.1009。XRD分析结果表明：一段浸渣中主要矿物相为锐钛矿、二氧化硅和氧化铝，二段浸渣中主要矿物相为锐钛矿和二氧化硅，硫酸化焙烧浸渣中主要矿物相为二氧化硅，同时也说明了锐钛矿与硫酸的浸出反应较难发生。SEM-EDS分析结果表明：随着浸出过程的进行，赤铁矿和锐钛矿与硫酸发生反应完全溶解而消失，而高岭石和累托石与硫酸发生反应|并非完全溶解，而是留下一层不溶于硫酸的二氧化硅层，从而使矿粒结构疏松多孔。论文采用“一段硫酸常压浸出-一段渣硫酸化焙烧浸出”解决了不可选锐钛矿中钛的高效浸出问题，探讨了复杂难处理锐钛矿的浸出机理，并提出了“分支并联”处理浸出液实现清洁高效综合利用该锐钛矿资源的合理方案，论文的研究，对类似矿产资源的开发与研究具有重要的理论意义和现实意义。关键词：锐钛矿，钛，硫酸浸出，硫酸化焙烧，动力学，综合利用x

2AbstractTitaniumandscandiumareimportantraremetalsandstrategicmetals.Scandiumiso|ftenassociatedwithtitaniummineralsinisomorphicoradsorbedstates.Therefore,therecoveryofscandiuminscandium-containingtitaniummineralshasimportantpracticalsignificanceintheextractionprocessoftitanium.Theresearchteamusedacidleaching-extractionmethodtoextracttitaniumandscandiumfromGui|zhouQinglonganatasecontainingTiO25.3%andSc2O384.7g/t,andcomprehensivelyrecoveredaluminum,iron,andsilicon,andpreparedtitaniumdioxide,scandiumoxide,high-purityultrathefinealumina,high-qualitysilicon-calciumfertilizer,andferricsulfateseriesproductshaverealizedhig