碱法钛白清洁生产工艺中反应与分离过程研究

【摘要】： 二氧化钛,俗称钛白,是性能最好的一种白色颜料。目前工业上生产钛白的方法包括硫酸法和氯化法,均存在排废量大、废物毒性大、对环境污染重等问题。因此,研发高效—清洁—综合利用的钛白清洁生产新技术具有重大现实意义和社会意义。 本论文在课题组前期研究基础上,以高钛渣/钛铁矿为原料,以高活性氢氧化钠/氢氧化钾(亚)熔盐为反应介质,从源头消除了对环境的污染,实现了钛资源有价组分的综合利用。 主要研究内容与结果如下: (1)对钛渣在氢氧化钠熔盐介质中的分解工艺条件进行优化,在最优分解条件下,钛渣分解率达到97.5%;对熔盐反应产物进行三级逆流洗涤,对水洗固相产物进行表征。 (2)对钛渣在氢氧化钠熔盐中分解反应的宏观动力学进行研究,结果表明,当温度为425-500℃,碱矿比为1.0:1、粒径为72-90μm时,分解过程符合收缩未反应核模型,受界面化学反应控制,其表观活化能为62.35kJ·mol~(-1)。 (3)在酸性介质中采用乙二胺四乙酸(EDTA)络合水洗产物中Fe~(3+),络合后的固相进行水解得到锐钛型二氧化钛,其纯度可达到99.3%。 (4)对在高浓盐酸介质中,钛铁矿氢氧化钾亚熔盐反应产物(K_4Ti_3O_8)的水解工艺进行优化。在最优水解工艺条件下,可得到TiO_2含量大于93%的金红石型二氧化钛。 【关键词】：高钛渣 钛铁矿 氢氧化钠 熔盐 二氧化钛
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TQ621.12
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 第一章 绪论16-36
• 1.1 课题背景16-18
• 1.2 钛资源概况18-19
• 1.3 钛资源的分布19-22
• 1.4 钛铁矿利用现状22-26
• 1.4.1 利用钛铁矿生产钛白22
• 1.4.2 利用钛铁矿生产高钛渣或人造金红石22-23
• 1.4.3 由钛铁矿直接氯化制取四氯化钛和金属铁23-24
• 1.4.4 由钛铁矿生产海绵钛24
• 1.4.5 利用钛铁矿直接还原制备硬质材料24-25
• 1.4.6 其它用途25-26
• 1.5 二氧化钛的生产现状26-33
• 1.5.1 硫酸法27-29
• 1.5.2 氯化法29-30
• 1.5.3 盐酸法30-32
• 1.5.4 混合法(即氯钛酸钾法)32
• 1.5.5 其它制备钛白粉的方法32-33
• 1.6 二氧化钛生产新工艺33-36
• 1.6.1 新工艺简介34
• 1.6.2 技术特征34-36
• 第二章 氢氧化钠熔盐分解钛渣的工艺与宏观反应动力学研究36-62
• 2.1 前言36
• 2.2 实验部分36-43
• 2.2.1 实验原料和仪器36-38
• 2.2.2 实验装置38-39
• 2.2.3 实验原理和方法39
• 2.2.4 分析及计算39-43
• 2.2.4.1 钛渣中元素的分析39-40
• 2.2.4.2 钛渣分解率的计算40-43
• 2.3 实验结果与讨论43-60
• 2.3.1 单因素实验的结果与讨论43-47
• 2.3.1.1 反应时间的影响43-44
• 2.3.1.2 碱矿质量比的影响44-45
• 2.3.1.3 粒度的影响45-46
• 2.3.1.4 温度的影响46-47
• 2.3.2 熔盐反应产物分析47-49
• 2.3.2.1 反应产物成分分析47
• 2.3.2.2 反应产物XRD表征47-48
• 2.3.2.3 反应产物SEM表征48-49
• 2.3.3 动力学实验的结果与讨论49-60
• 2.3.3.1 宏观反应动力学分析49-53
• 2.3.3.2 碱矿比的影响53-54
• 2.3.3.3 粒度的影响54-55
• 2.3.3.4 温度的影响55
• 2.3.3.5 反应过程控制步骤的确定及活化能的确定55-60
• 2.4 本章小结60-62
• 第三章 熔盐反应产物的洗涤与水洗产物的分析62-74
• 3.1 前言62
• 3.2 实验部分62-65
• 3.2.1 实验原料及仪器62-63
• 3.2.2 实验装置63
• 3.2.3 实验方法63-64
• 3.2.4 水洗工艺流程图64
• 3.2.5 分析及计算64-65
• 3.2.5.1 深度脱钠后固体产物中元素分析64-65
• 3.2.5.2 液相中各元素分析65
• 3.3 实验结果与讨论65-73
• 3.3.1 熔盐反应产物的分析与表征65-71
• 3.3.1.1 熔盐反应产物水洗脱钠66-67
• 3.3.1.2 水洗过程中Ti与杂质的浸出67-71
• 3.3.2 实验室小试实验滤液和滤饼的含量71-72
• 3.3.3 水洗产物表征72-73
• 3.3.3.1 XRD表征72
• 3.3.3.2 SEM表征72-73
• 3.4 本章小结73-74
• 第四章 EDTA络合水洗产物中的Fe~(3+)及TiO_2的制备74-88
• 4.1 前言74
• 4.2 实验部分74-80
• 4.2.1 实验原料和仪器74-76
• 4.2.2 实验装置76
• 4.2.3 实验原理76-77
• 4.2.4 实验方法与流程77-78
• 4.2.5 分析及测定方法78-80
• 4.2.5.1 二氧化钛含量GB分析法78-79
• 4.2.5.2 利用ICP-OES分析二氧化钛含量及杂质含量79-80
• 4.3 实验结果与讨论80-86
• 4.3.1 酸体系的选择80-81
• 4.3.2 各种因素对EDTA络合Fe~(3+)的影响81-84
• 4.3.2.1 EDTA加入量对Ti~(4+)和Fe~(3+)溶出率的影响81-82
• 4.3.2.2 络合时间对Ti~(4+)和Fe~(3+)溶出率的影响82-83
• 4.3.2.3 pH值对Ti~(4+)和Fe~(3+)溶出率的影响83-84
• 4.3.2.4 温度对Ti~(4+)和Fe~(3+)溶出率的影响84
• 4.3.3 添加EDTA与不添加EDTA盐酸体系的比较84-85
• 4.3.4 产品TiO_2纯度的分析85-86
• 4.4 本章小结86-88
• 第五章 钛酸钾(K_4Ti_3O_8)在浓盐酸介质中水解性能的研究88-100
• 5.1 前言88
• 5.2 实验部分88-90
• 5.2.1 实验原料及仪器88-89
• 5.2.2 实验装置89
• 5.2.3 实验原理和实验方法89-90
• 5.2.3.1 实验原理89
• 5.2.3.2 实验方法89-90
• 5.2.4 实验流程简图90
• 5.3 实验结果与讨论90-98
• 5.3.1 反应时间对TiO_2纯度及钛损失量的影响91-92
• 5.3.2 反应温度对TiO_2纯度及钛损失量的影响92-93
• 5.3.3 盐酸浓度对TiO_2纯度及钛损失量的影响93-95
• 5.3.4 液固质量比TiO_2纯度及钛损失量的影响95-96
• 5.3.5 产物的XRD表征96
• 5.3.6 不同煅烧温度对产物形貌的影响96-97
• 5.3.7 产物组成分析97-98
• 5.4 本章小结98-100
• 第六章 结论与展望100-102
• 参考文献102-106
• 致谢106-108
• 研究成果及发表的学术论文108-110
• 作者和导师简介110-111
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书111-112

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