攀西高钛型高炉渣提钛及系列化工粉体的制备

发布时间：2017-10-02 18:13

  本文关键词：攀西高钛型高炉渣提钛及系列化工粉体的制备

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【摘要】：高钛型高炉渣是钒钛磁铁矿经高炉冶炼后残留下来的工业尾渣,具有固体废物与矿物资源的双重属性。基于高钛型高炉渣中富含Mg O、SiO_2、Al_2O_3和TiO_2等多种有价组分,本文以外加助剂高温焙烧的方式对高钛型高炉渣进行资源化利用研究。通过对高炉渣原样进行矿物学特征分析,针对其中矿物相酸碱特性,设计了 碱式焙烧-水浸‖以及 酸式盐焙烧-水浸‖两条工艺进行实验探讨,提取出高炉渣中的有价组分并制备得相应化工粉体。具体的研究结果如下。高钛型高炉渣中主要的化学组成为Ca O、SiO_2、TiO_2、Al_2O_3和Mg O等,主要的矿物相组成是钙钛矿、透辉石和镁铝尖晶石,渣中所含有价组分具有酸碱二重性,外加助剂与其反应可提取出多种组分。采用Na2CO3混合焙烧-水浸高钛型高炉渣可提取出渣中47.52%SiO_2和82.97%Al_2O_3,在焙烧过程中发生了系列复分解反应,焙烧助剂Na2CO3先对镁铝尖晶石开始作用,反应生成可溶性盐Na AlO_2,其次作用于透辉石,反应生成可溶性盐Na2Si O3及微溶物Na2Ca Si O4,而钙钛矿不参与Na2CO3焙烧反应过程。采用Na OH混合碱熔-水浸高钛型高炉渣可提取出渣中50.78%SiO_2和87.58%Al_2O_3,在碱熔过程中发生了系列复分解反应,透辉石在283℃左右与Na OH反应生成中间产物钙镁橄榄石,随着反应的继续进行钙镁橄榄石参与碱熔生成Na2Si O3和Na2Ca Si O4,温度升高到296℃左右镁铝尖晶石与Na OH反应生成Na AlO_2,继续升温到320℃左右时钙钛矿与Na OH反应生成Na2Ti O3,三种矿物在碱熔过程中产生失重现象,碱熔渣经水浸处理后,产物Na2Ti O3会发生自体内水解,晶形被破坏,变为无定型结构。利用经 Na OH混合碱熔-水浸法‖获得的富含Si、Al组分水浸液为原料,在低温50℃、常压的条件下水热8h可合成4A沸石,获得的沸石晶型完整,微观呈立方体结构,大小统一,粒径分布为1.0~1.5μm;利用经 Na OH混合碱熔-水浸法‖获得的富含Ti组分水浸渣为原料,在160~170℃的温度下采用稀H2SO4酸解2h后成功提取出Ti组分,酸解钛液经后续水解、煅烧制备得纯度较高、结晶度较好的锐钛矿型TiO_2粉体。采用NH4HSO4混合焙烧-水浸高钛型高炉渣可提取出渣中88.14%Mg O和86.45%Al_2O_3,通过分步沉淀法从富含Mg、Al的水浸液中制备得化工粉体Mg(OH)_2、Al(OH)_3,在焙烧过程中发生了系列复分解反应,NH4HSO4在温度达到238℃左右时分解为中间产物(NH4)3H(SO4)2,中间产物(NH4)3H(SO4)2进一步与钙钛矿、透辉石中的Ca O以及镁铝尖晶石中的Al_2O_3反应生成Ca SO4和(NH4)3Al(SO4)3,同时逸出NH3气体,随着温度的增加,(NH4)3Al(SO4)3发生自身分解,最终生成Al2(SO4)3残留于渣中。本研究为高钛型高炉渣资源化利用提供了新的研究思路,不仅能解决尾渣大量堆积引发的社会、环境问题,而且可在实现高钛型高炉渣高效利用的同时创造出更多的经济价值。
【关键词】：高钛型高炉渣 焙烧-水浸工艺 4A沸石 Mg(OH)_2 Al(OH)_3 TiO_2
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X757;TF823
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-23
• 1.1 选题依据及研究意义12-13
• 1.2 高钛型高炉渣资源化利用现状13-20
• 1.2.1 高钛型高炉渣的直接利用13-15
• 1.2.2 高钛型高炉渣中钛组分的利用15-19
• 1.2.3 存在问题及发展趋势19-20
• 1.3 主要研究内容20-21
• 1.4 主要成果21-22
• 1.5 论文创新点22
• 1.6 主要工作量22-23
• 2 高钛型高炉渣的矿物学特征与预处理23-31
• 2.1 工艺矿物学特征研究23-28
• 2.1.1 样品描述23
• 2.1.2 化学成分23-24
• 2.1.3 矿物组成24-25
• 2.1.4 红外光谱特征25-26
• 2.1.5 矿物嵌布特征26-27
• 2.1.6 微观形貌27-28
• 2.1.7 颗粒几何特征28
• 2.2 样品的预处理28-30
• 2.2.1 实验设备29
• 2.2.2 原样缩分29-30
• 2.2.3 原样粉碎与磨细30
• 2.2.4 湿法弱磁选30
• 2.3 本章小结30-31
• 3 碱式焙烧法提取有价组分及 4A沸石的合成31-57
• 3.1 碳酸钠焙烧法31-40
• 3.1.1 实验31-33
• 3.1.2 实验条件与SiO_2、Al_2O_3浸取率的关系33-36
• 3.1.3 焙烧过程的热效应分析36-37
• 3.1.4 焙烧过程的矿物物相变化37-39
• 3.1.5 焙烧过程的微区形貌分析39-40
• 3.2 氢氧化钠碱熔法40-50
• 3.2.1 实验40-42
• 3.2.2 实验条件与SiO_2、Al_2O_3浸取率的关系42-45
• 3.2.3 碱熔过程的矿物物相变化45-46
• 3.2.4 碱熔过程的谱学特征变化46-48
• 3.2.5 碱熔过程的热力学分析48-49
• 3.2.6 碱融过程的热效应分析49-50
• 3.3 水浸液制备 4A型沸石50-55
• 3.3.1 实验51-52
• 3.3.2 实验条件对 4A沸石合成的影响52-55
• 3.3.3 水热温度对 4A沸石微观形貌的影响55
• 3.4 本章小结55-57
• 4 硫酸氢铵焙烧法提取有价组分及产物表征57-70
• 4.1 硫酸氢铵焙烧58-66
• 4.1.1 实验58-59
• 4.1.2 实验条件与MgO、Al_2O_3浸取率的关系59-62
• 4.1.3 焙烧过程的矿物物相变化62-65
• 4.1.4 焙烧过程的热效应变化65-66
• 4.2 水浸液分步沉淀制备Mg(OH)_2和Al(OH)_366-69
• 4.2.1 实验66-67
• 4.2.2 pH值对Mg~(2+)、Al~(3)+沉淀率的影响67-68
• 4.2.3 分步沉淀产物的物相组成68-69
• 4.3 本章小结69-70
• 5 水浸渣硫酸酸解提取钛组分70-81
• 5.1 实验70-74
• 5.1.1 原料的选择70-72
• 5.1.2 实验原理72
• 5.1.3 试剂与装置72-73
• 5.1.4 方案及步骤73
• 5.1.5 样品表征73-74
• 5.2 实验条件与TiO_2浸取率的关系74-78
• 5.2.1 硫酸质量分数74-75
• 5.2.2 酸渣质量比75-76
• 5.2.3 酸解温度76-77
• 5.2.4 酸解时间77-78
• 5.3 酸解钛液的化学组成78
• 5.4 水解产物的物相组成78-79
• 5.5 水解产物的形貌结构79-80
• 5.6 本章小结80-81
• 6 高钛型高炉渣资源化利用工艺的综合评价81-85
• 6.1 环境效益对比评价81-82
• 6.2 工艺技术对比评价82-83
• 6.3 经济效益对比评价83-84
• 6.4 本章小结84-85
• 结论85-87
• 致谢87-88
• 参考文献88-93
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果93-94
• 附录 本论文中所涉及的离子含量分析法94-97
• 附录A 硅的测定方法94-95
• 附录B 铝的测定方法95-96
• 附录C 钙、镁的测定方法96-97
• 附录D 钛的测定方法97

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本文编号：961082