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第29卷第2期总第114期 2010年6月 湿法冶金 Hydrometallurgy of China Vol. 29 No. 2Sum. 114 June 2010 攀枝花钛铁矿固相酸解和浸出试验研究 吴飞翔,李新海,王志兴,伍凌,王小娟,郭华军 中南大学 冶金科学与工程学院,湖南 长沙410083 摘要随着金红石矿资源的逐渐枯竭,钛铁矿已成为钛白粉生产的主要原料。目前我国钛白粉生产主要采用 硫酸法。试验考察了攀枝花钛铁矿固相酸解和浸出条件。用80 ～85 浓硫酸、 在酸矿质量比 3 10～31 5 ∶1 条件下酸解矿石,然后在液固体积质量比6∶1条件下用水浸出90 min ,Ti和Fe浸出率都达95 以上。 关键词钛铁矿;固相;酸解;浸出 中图分类号TF111. 3 文献标志码A 文章编号10092261720100220088204 收稿日期2009211223 基金项目国家重点基础研究发展计划 973 计划资助项目2007CB613607。 作者简介吴飞翔1987 - ,男,安徽宣城人,硕士研究生,主要研究方向为有色金属冶金。 天然金红石精矿中TiO2质量分数达95 ～ 96 ,是钛工业的优质原料,但它的储量较少,而 且经过多年开采已逐渐枯竭。我国钛铁矿资源丰 富,储量世界第一,如果能够综合利用其中的Ti 和Fe ,则对钛工业的发展有重要意义。 钛铁矿的化学成分为FeTiO3,理论上钛以 TiO2计质量分数为52166 ,铁以FeO计质量 分数为47134 ,但实际组成要复杂得多。钛铁矿 中钛品位变化较大,这主要取决于其形成条件[1]。 四川攀西地区的钒钛磁铁矿储量近100亿t ,TiO2 储量占全国的93 ,钛精矿中Ti质量分数稳定在 47 左右,硫质量分数在013 以下,但杂质Ca , Mg ,Si等含量较高[2],这使得目前用其生产钛白粉 只能采用硫酸法,钛铁矿酸解采用固相法[3]。 钛铁矿与浓硫酸在酸解槽中发生反应,硫酸浓 度一般控制在85 ～95 ,反应剧烈、 迅速。浓硫 酸的沸点高,所以反应温度可达200～250℃。反 应放出大量热,不需加热。所得产品疏松多孔,用 水或稀酸浸出,金属浸出率可达95 以上[3]。迄 今为止,对钛铁矿固相酸解、 浸出过程的研究较少, 本试验探索了攀枝花钛铁矿固相酸解和浸出条件。 1试验部分 1.1试验原料 攀枝花钛铁矿矿粉粒度100～200μm ,化学成 分见表1;硫酸为分析纯。 表1钛铁矿成分 TiO2FeOFe2O3SiO2Al2O3CaOMgOMnOV2O5 47160 3218171253135116601705164015401084 1.2试验方法 钛铁矿固相酸解试验流程如图1所示。 图1钛铁矿酸解、 浸出试验流程图 将一定浓度、 一定体积的浓硫酸加入到锥形瓶 中,加热升温至150℃;将10 g钛铁矿粉加入到锥 形瓶中,不停搅拌,保持锥形瓶内温度不超过330 ℃,此时反应剧烈,不断有气泡产生,溶液和钛铁矿 颗粒都呈悬浮状态,直到反应固相呈多孔状为止; 酸解结束后,冷却5～10 min ,加入一定量水或稀硫 酸,放入80℃ 水浴中恒温浸出。采用带有软橡胶 第29卷第2期 吴飞翔,等攀枝花钛铁矿固相酸解和浸出试验研究 塞的搅拌桨搅拌,搅拌速度600 r/ min。浸出结束 后立即过滤,得浸出渣和硫酸氧钛液。 1.3分析方法 采用硫酸铈滴定法[425]测定溶液中Fe的质量 浓度;采用硫酸高铁铵滴定法[5]测定溶液中Ti的 质量浓度;用Intrepid 11 XSP电感藕合等离子体 ICP发射光谱仪测定其他元素的质量浓度;采用 日本Rigaku D/ max2550VB 18 kW转靶X射线 衍射仪分析原矿和酸解产物的物相;采用J EOL公 司的JSM25600LV扫描电镜在20 kV下观察原矿 和酸解产物的表面形貌。 2试验结果与讨论 2.1钛铁矿的固相酸解 2.1.1酸解时的硫酸浓度对金属浸出率的影响 酸解时,酸矿质量比315∶1;浸出时,液固体 积质量比8∶ 1 液体体积与酸解产物质量之比 , 硫酸浓度3 mol/ L ,浸出时间90 min。试验结果如 图2所示。9615 和80 硫酸酸解产物的物相和 表面形貌分析结果如图3 ,4所示。 图2硫酸浓度对钛铁矿原矿酸解的影响 图3K 1、K 2和K 3分别为钛铁矿原矿、9615 硫酸 酸解产物和80 硫酸酸解产物的XRD图 图4K 1、K 2和K 3分别为钛铁矿原矿、9615 硫酸 酸解产物和80 硫酸酸解产物的SEM图 由图2～4看出直接用90 以上的浓硫酸酸 解钛铁矿,酸解效果不明显,FeTiO3物相没有被破 坏,酸解产物为硬实的固相不溶物,在130℃ 以上 才会与硫酸反应,Ti和Fe的浸出率都很低,只有 10 ～20 ;酸解硫酸浓度在85 ～90 范围内, Ti和Fe浸出率迅速增大至90 以上;用80 ～ 85 的硫酸酸解,酸解产物物相发生很大变化,Fe2 TiO3物相消失,产生新物相Fe3TiSO46,并且反应 产物疏松多孔,用稀硫酸浸出,Ti和Fe浸出率均 达95 以上,Mg和Mn的浸出率升至99 以上, 这与文献[6]的结果一致。文献[7]介绍,硫酸浓度 在4～14 mol/ L范围内,矿石分解率随硫酸浓度增 大而增大;硫酸浓度高于14 mol/ L后,由于矿粒表 面产物层的形成和H 活性降低,矿石分解率随硫 酸浓度增大而降低。在钛铁矿酸解过程中,为了保 证高浓度的H 和SO2 -4,需采用浓硫酸,但硫酸浓 度越高,H 活性越低,所以在钛铁矿酸解时,将高 浓度的硫酸稀释到80 ～85 ,既能保证H 和 SO2 -4浓度,又能保证H 的活性,从而提高了钛铁 矿的分解率;同时,钛铁矿酸解时,锥形瓶内温度在 100℃ 以上,水分蒸发较快,产生气泡,从而使溶液 液面升高呈泡沫状,减小了液固传质阻力,酸解产 物疏松多孔;当硫酸浓度在80 以下时, H 浓度 大大降低,酸解产物呈糊状,不利于浸出。 从图2看出,Ca和Al浸出率变化不大用 90 以上的硫酸酸解时,Ca浸出率在50 左右,Al 浸出率为98 ;用90 以下的硫酸酸解时,Ca浸 98 湿法冶金 2010年6月 出率略有升高。Mg、Mn、Fe和Ti的浸出规律相 似,说明MgO、MnO等可能与TiO2以类似同相固 溶体形式存在[1]。 2.1.2酸解时酸矿质量比对金属浸出率的影响 酸解硫酸浓度85 ;浸出液固体积质量比8∶ 1 ,硫酸浓度3 mol/ L ,浸出时间90 min。试验结果 如图5所示。 图5酸矿质量比对金属浸出率的影响 根据钛铁矿的成分,完全酸解生成硫酸氧钛所 需理论酸矿质量比为1136∶1 ,生成硫酸钛所需理 论酸矿质量比为1195∶1。图5表明在酸矿质量 比低于3∶1时,Ti和Fe的浸出率随酸矿质量比的 增大而增大;酸矿质量比大于3∶1时,Ti和Fe的 浸出率变化不大,综合考虑,酸矿质量比以 3 10～ 31 5 ∶1较为理想;Ca浸出率随酸矿质量比的增大 略有增大,这是因为Ca的硫酸盐是微溶的,所以溶 解率偏低;酸矿质量比低于119∶1时,Mg和Mn 的浸出率随酸矿质量比的增大而增大;酸矿质量比 大于119∶1 ,Mg和Mn的浸出率都在99 以上; 铝浸出率较高,随酸矿质量比的增大仅略有增大, 最大在99 左右。 2.2酸解产物的浸出 2.2.1稀硫酸浓度对金属浸出率的影响 酸解时硫酸浓度85 ,酸矿质量比315∶1;浸 出时液固体积质量比8∶1 ,浸出时间90 min。硫 酸浓度对金属浸出率的影响如图6所示。 由图6看出 Ti、Fe和Ca的浸出率随硫酸浓 度增大而减小;直接用水浸出,Ti和Fe的浸出率 最高,Al、Mg和Mn的浸出率变化不大。 酸解产物的浸出过程就是各元素的硫酸盐溶 于水的过程。为防止TiO2 因为温度过高而水解, 浸出时的温度不宜超过80℃;因为FeTiO3在130 ℃ 以上才会与硫酸反应,所以,酸解时没有反应的 FeTiO3在浸出时也不会与硫酸反应;直接用水浸 出亦可达到同样效果,并且水的加入降低了溶液中 SO2 -4的浓度,有利于硫酸盐的溶解,同时也减小了 后序工序的压力。 图6浸出时稀硫酸浓度对金属浸出率的影响 2. 2. 2液固体积质量比对金属浸出率的影响 酸解时硫酸浓度85 ,酸矿质量比315∶1 ; 用水浸出,浸出时间90 min。液固体积质量比对 金属浸出率的影响如图7所示。可以看出液固 体积质量比低于6∶1 ,Ti和Fe的浸出率随液固 体积质量比的增大而增大;但液固体积质量比大 于6∶1后,Ti和Fe浸出率变化很小;其他元素的 浸出率都较高,受液固体积质量比的影响较小。 图7浸出时液固体积质量比对金属浸出率的影响 2. 2. 3浸出时间对金属浸出率的影响 酸解时硫酸浓度80 ,酸矿质量比315∶1 ; 用水浸出,液固体积质量比6∶1。浸出时间对金 属浸出率的影响试验结果如图8所示。 09 第29卷第2期 吴飞翔,等攀枝花钛铁矿固相酸解和浸出试验研究 图8浸出时间金属浸出率的影响 由图8看出,各金属元素的浸出率都随浸出 时间的延长而增大反应初期,浸出率很快达到较 高值,符合第一反应机理[8];浸出后期,反应缓慢, 浸出率变化不大,反应受内扩散和表面化学反应 控制[9210];浸出90 min后,各金属浸出率已趋于 稳定。为保证Ti和Fe有较高浸出率,最佳浸出 时间以90 min为宜。 3结论 1 钛铁矿酸解后用稀硫酸或水浸出,均可获 得较高的Ti和Fe浸出率。用80 ～85 的硫 酸酸解效果较好,产物疏松多孔有利于浸出, Ti 和Fe浸出率较高。 2 酸解时,酸矿质量比对Ti和Fe浸出率影响 很大,酸矿质量比在 3 10～31 5 ∶1较为理想。 3 酸解产物为Ti和Fe的硫酸盐,直接用水 浸出即可获得较好的浸出效果。在液固体积质量 比6∶1条件下浸出90 min ,Ti和Fe浸出率都在 95 以上。 参考文献 [1]孙康. 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Tests on Acid2decomposition and Water2leaching of Panzhihua Ilmenite WU Fei2xiang ,LI Xin2hai ,WANG Zhi2xing ,WU Ling ,WANG Xiao2juan ,GUO Hua2jun School of Metallurgy Science and Engineering , Central South University , Changsha, Hu′nan 410083, China Abstact With depletion of rutile resources ,ilmenite has become main source for producting titanium dioxide powder. At present , sulfuric acid decomposition process is mainly used in the process of ilmenite decomposition. In this study , the influence factors on ilmenite solid phase acid2decomposition and leaching of acid2decomposition production were examined.The ilmenite solid phase was from Panzhihua ,Sichuan and sulfuric acid concentration was of 80 ～85 . The results showed that under decomposition conditions with acid2ore mass ratio of 310～31 5 ∶1 ,liquid2solid ratio of 6∶1 ,and leaching time of 90 min ,the leaching rates of Ti and Fe were both over 95 . Key words ilmenite ; solid phase ; acid2decomposition ; leaching 19