硫酸氢铵焙烧高钛渣反应动力学.pdf

第24卷第2期
中国有色金属学报
2014年2月
Volume 24 Number 2
The Chinese Journal of Nonferrous Metals
February 2014
文章编号:1004-0609(2014)02-0542-05
硫酸氢铵焙烧高钛渣反应动力学
隋丽丽12,翟玉春
(1.东北大学材料治金学院,沈阳110819:
2.沈阳医学院基础医学院,沈阳110034)
摘要:研究了硫酸氢铵焙烧高钛渣的反应动力学过程,考察钛渣粒度、硫酸氢铵与钛渣质量比和焙烧温度对反
应速率的影响,并对反应机理进行分析,建立了反应动力学模型。结果表明:硫酸氢铵焙烧高钛渣提取二氧化钛
的动力学过程符合收缩未反应核模型,反应速率受化学反应控制,并由阿罗尼乌斯方程得到焙烧反应的表观活化
能为87.95kJ/mol
关键词:高钛渣;硫酸氢铵;焙烧;动力学
中图分类号:TF11
文献标志码:A
Kinetics on reaction of roasting high titanium slag with
ammonium bisulfate
SUI Li-li, 2. ZHAI Yu-chunl
(1. School of Materials and Metallurgy, Northeastern University, Shenyang 110819, China;
2. School of Basic Medical Science, Shenyang Medical College, Shenyang 110034, hina
Abstract: The reaction kinetics of roasting high titanium slag with ammonium bisulfate was studied. The effects of
roasting temperature, particle size and NH HSO to-ore mass ratio on the roasting reaction rate were nvestigated. The
mechanisms of the reaction were analyzed, and a model of the reaction kinetics was given. The results show that the
roasting process can be modeled with the shrinking core model and the reaction rate is controlled by chemical reaction
According to the Arrhenius expression, the apparent activation energy of the roasting reaction is 87. 95 KJ/mol
Key words: high titanium slag; ammonium bisulfate; roasting; kinetics
四川攀枝花具有丰富的钒钛磁铁矿资源,在冶炼
工业生产二氧化钛的方法主要有硫酸法和氯化
过程中堆积了大量的高钛渣,造成了资源浪费和环境法,这两种方法对二氧化钛的提取率高,工艺成熟。
污染,如何处理高钛渣成为一个亟待解决的难题到。传统的硫酸法工艺流程长,产生的三废较多,对环境
除钛之外,高钛渣中还含有大量的硅、铝、钙和镁等污染很大,而氯化法除需使用富钛料外,还需高新
有价金属,因此,实现高钛渣的综合利用具有重要的技术和巨额投资,工艺难度大9?。因此,有必要研
战略意义。利用高钛渣生产二氧化铁,消除了副产究更有效、更经济的方法实现高钛渣的高值化开发和
物绿矶,减少了能耗和时间,不但使资源得到了合理利用4
的利用,同时解决了环境污染的问题。此,利用高
针对传统疏酸法生产过程中,能耗高、设备腐蚀
钛渣作为钛工业的基本优质原料,具有一定的经济价大等特点21],本文作者提出以硫酸氢铵作为焙烧
值
剂,在硫酸氢铵焙烧工艺研究的基础上,对其反应过
基金项目:国家重点基础研究发展计划项目(2007CB613603)
收稿日期:2013-03-08;修订日期:2013-06-30
通信作者:瞿玉春,教授,博士;电话:024-83687731;E-mai: zhaiyc@smm. ncu. cdu.en
第24卷第2期
隋丽丽,等:硫酸氢铵焙烧高钛渣反应动力学
程的焙烧机理进行研究,分析焙烧反应的动力学模型停止反应,进行浸出;浸出条件:水为浸取剂,固液
和速度控制步骤,此研究结果为高钛渣中的钛的提取质量比15,浸出温度70℃,搅拌速率300r/min,时
提供了理论依据,对探索生产钛白的新工艺和新技术间1h。钛液中TO2的含量采用硫酸高铁铵滴定法测
具有重要的现实意义。
定分析。
1实验
2结果与讨论
1.1原料和仪器
2.1焙烧过程动力学分析
本研究采用四川攀枝花地区的高钛渣,经过破碎、
在高温条件下,硫酸氢铵焙烧钛渣的主要反应方
球磨后用于实验,主要化学组成见表1。XRD物相分程式可表示如下:
析谱如图1所示,高钛渣的主要物相为固溶镁和铁的 NHAHSO+TiO2=TOsO)+NH+H2O
(1)
黑钛石( Mgosfeos)Ti2O和复杂的硅酸盐相
NHAHSO +Fe0=Feso, +NH,+H,O
(2)
AlCa(SiO)2"+1?
NHHSO, +Cao=Caso,+NH3+H2O
表1高钛渣的主要化学组成
NHAHSO: +Mgo=Mgso, +NH3+H2O
(4
Table I Chemical compositions of high titanium slag(mass 3NH HS0 A1,0, A1,($,)+3NH,+3H,O
fraction, 0)
TiO2、FeO、MgO、Al2O3与硫酸氢铵反应,经过
T102 Al,03 Fe
Sio> Mgo Cao Mn
浸出进入到溶液中,而不溶产物SiO2和CaSO4则残留
48.6514.303.7117.557505.700.77
在渣相中。图2和3所示分别为高钛渣和残留渣经过
喷金处理后的SEM像。从图2和3可知,高钛渣经
., Ca(Si0, )2
过硫酸氢铵焙烧、浸出后,残留渣表面凸四不平,钛
.-(Mgosfeos)Ti, 0.
渣的形貌被破坏。残留渣经洗涤至中性,取样进行成
分分析,结果如表2所列。
硫酸氢铵焙烧高钛渣的反应属于液固多相反应
可选择“收缩未反应核模型”进行动力学研究,其控
表2残留渣的主要化学组成
Table 2 Chemical compositions of residue(mass fraction, %
Tio Al20, Fe2o, Sio2 Mgo Cao
10.08
9.10
1.54
54.15
5.55
11.31
020304050607080
26/(°)
图1高钛渣的XRD谱
Fig. 1 XRD pattem of high titanium slag
实验所用试剂硫酸氢铵为工业级,硫酸