【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 緒論 4 出了如何從品味低的鈦鐵礦中，經(jīng)過(guò)一系列除鐵得到品位較高的鈦精礦的工藝流程如下： （ 1）通過(guò)熔煉工藝使鈦鐵礦中的鐵的一部分被降低和熔融從鈦中分離出來(lái)。然后用硫酸或鹽酸在高溫下瀝濾鈦渣。 （ 2）還原鈦鐵礦中的三價(jià)鐵，部分轉(zhuǎn)化成亞鐵形式或完全的金屬鐵形式，接著進(jìn)行酸浸出。 （ 3）還原鈦鐵礦的鐵元素得到金屬鐵，使用氧和氯化銨進(jìn)行腐蝕。 （ 4）氧化還原鈦鐵礦后是鹽酸浸出 （ MURSO 進(jìn)程） （ 5）鹽酸浸出后，通過(guò)焙燒和磁分離（ ERMS 的過(guò)程） 上述過(guò)程中熔煉工藝主要是將鐵鈦礦在碳質(zhì)還原條件下在電爐中進(jìn)行冶煉 [1011]。得到的生鐵和含鈦量較高的鈦渣，再通過(guò)硫酸和鹽酸的酸浸取作用進(jìn)一步的去除鐵，得到含鈦量更高的鈦精礦，用于硫酸法或者氯化法的鈦液制作的原料。 工業(yè)鈦液除鐵工藝研究 制備納米二氧化鈦過(guò)程使用的原料為工業(yè)鈦液。其中含有大量雜質(zhì)鐵，將嚴(yán)重影響后續(xù)產(chǎn)品的品質(zhì)，在云母珠光顏料的生產(chǎn)中當(dāng) Fe與 TiO2的摩爾比大于 時(shí)，產(chǎn)品白度明顯下降。除去工業(yè)鈦液中的雜質(zhì)鐵對(duì)提高硫酸氧鈦后續(xù)產(chǎn)品的品質(zhì)有十分重要的意義。 常見(jiàn)的除鐵方法主要有冷凍法 ［ 12］ 、陶瓷膜洗滌法 ［ 13］ 和溶劑萃取法 ［ 14］ 等。冷凍法能夠出去工業(yè)鈦液中的大部分鐵，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求。溶劑萃取法是通過(guò)在酸性條件下使用有機(jī)溶劑萃取鈦液中的鐵，使其轉(zhuǎn)入到有機(jī)溶劑，然后再通過(guò)使用反萃劑將鐵轉(zhuǎn)入到反萃劑中，從而使有機(jī)萃取劑重生 。溶劑萃取法因具有選擇性高、分離效率高、能耗低和污染少等優(yōu)點(diǎn)，所以該方法成為了主要除鐵方法。周勇等 ［ 14］ 、曹國(guó)明等 ［ 15］ 發(fā)表過(guò)在鹽酸體系中，使用萃取液在溶液萃取除鐵的文章，但是很少有報(bào)道在硫酸體系中萃取除鐵。 鐵對(duì)二氧化鈦性能的影響 工業(yè)上對(duì)偏鈦酸中各種可溶性雜質(zhì)采用壓濾洗滌方法除去，由于隨著水洗酸洗過(guò)程 pH值的上升，溶液中的鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，吸附在偏鈦酸中難以除去。在煅燒得到二氧化鈦時(shí)， Fe（ OH） 3轉(zhuǎn)變成紅色氧化鐵，并且與金紅石二氧化鈦型微晶結(jié)構(gòu)相同。當(dāng)含鐵量高于 30*1030‰ 時(shí) ,金 紅石二氧化鈦呈現(xiàn)黃色 , 而鐵含量高于 90*1030‰ 時(shí) ,就會(huì)影響到銳鈦型二氧化鈦的白度。由于微量的鐵會(huì)形成活性靶點(diǎn)，從而影響二氧化鈦?zhàn)鳛轭伭系男阅?[ 1517]，所以對(duì)偏鈦酸除鐵效果的研究，顯得尤其重要。 除鐵效果影響因素 目前 研究表明，影響到偏鈦酸中除鐵效果的影響因素有除鐵方法、絡(luò)合物種攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 5 類 和用量以及酸洗水洗的用量，除鐵的方法包括：離心洗滌分離、抽濾洗滌分離、陶瓷膜洗滌分離等方法。 絡(luò)合物種類： NH4F、檸檬酸、酒石酸 等物質(zhì)。 根據(jù)龍海云 ［ 18］ 等研究表明。不同方法的洗滌方式和同種方法不 同 PH值以及酸洗水洗用量不同，這些條件都會(huì)影響酸洗效率以及出鐵效果。 （ 1）洗滌水用量對(duì)除鐵效果的影響 在洗滌過(guò)程中，隨著洗滌偏鈦酸總量的增加，溶液中的總鐵量也逐步增加，當(dāng)水洗用量達(dá)到 500ml時(shí)，洗滌除鐵關(guān)系曲線開(kāi)始變得平滑。除鐵的洗滌過(guò)程就越困難，當(dāng)水洗用量達(dá)到 700mL時(shí)，溶液中的總鐵量將不再變化。根據(jù)龍海云 [12］獲得的洗滌用水量和不同洗滌方法對(duì)除鐵的效果圖得知，在相同條件下不同的洗滌方式的除鐵效果好壞，從好到差的排名為：陶瓷膜洗滌分離、抽濾洗滌分離、離心洗滌分離。主要原因是在于三種采用了不同的物 理性質(zhì)分離。離心洗滌分離是根據(jù)不同物質(zhì)的沉降性能不同，而采用高速離心的方式分離，但是偏鈦酸對(duì)高價(jià)鐵離子的吸附作用太大。離心沉降后，偏鈦酸在離心管的底部沉降下來(lái)，隨著水量增加，溶液酸度值降低，鐵離子也以氫氧化物的沉淀形式存在，導(dǎo)致更難分離，只有通過(guò)多次打漿洗滌，才能達(dá)到出鐵效果。抽濾洗滌分離是通過(guò)去離子水的稀釋作用，將偏鈦酸中的鐵帶入到水溶液中，然后通過(guò)抽濾除去，但是在隨著抽濾的不斷進(jìn)行，濾餅變得非常緊湊，嚴(yán)重影響到了抽濾除鐵效率，在陶瓷膜洗滌分離方式采用了對(duì)流的洗滌方式，通過(guò)陶瓷膜的過(guò)濾又不會(huì)形成濾餅的現(xiàn)象 ，使其洗滌效率相對(duì)于其他兩種更高。 （ 2）不同 PH值對(duì)不同除鐵效果的影響 偏鈦酸中的鐵含量隨著偏鈦酸洗滌水的酸性減弱而增加，并且分為了三個(gè)階段。第一階段 PH值為 —， Fe3+離子以氫氧化鐵沉淀形式吸附在偏鈦酸中；第二階段 PH值為 —， Fe2+離子以氫氧化亞鐵的形式吸附在偏鈦酸中，第三階段 PH值為 —，二價(jià)鐵和三價(jià)鐵都以離子形態(tài)存在，更容易被去除。同時(shí)發(fā)現(xiàn)三種不同的除鐵方式產(chǎn)生的除鐵效率好差與水洗用量一樣。 根據(jù)張金華、曾瑞 [19]的研究，在偏鈦酸酸洗水洗過(guò)程中，向溶液加 入一定量的絡(luò)合劑，不僅可以提過(guò)洗滌效率，還可以降低偏鈦酸中的鐵含量。在水洗過(guò)程中，洗水中加 ^檸檬酸。使 Fe3+與檸檬酸絡(luò)合，且抑制 Fe3+的水解，從而縮短了水洗時(shí)間 提高了水洗效率，使水洗后偏鈦酸的鐵含量明顯降低。 本課題的主要研究?jī)?nèi)容 鈦液成份測(cè)定 通過(guò)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)鈦液的測(cè)定方法，對(duì)本次課題使用的原鈦液進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定原理如下 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 6 總鈦量的測(cè)定：使用鋁片將鈦液中的 Ti4+還原成 Ti3+，以 NH4SCN為指示劑，使用 NH4Fe（ SO4） 。 F值的測(cè)定：鈦液中游離的硫酸與 BaCl2反應(yīng)，鈦液中的硫酸氧鈦與 BaCl2反應(yīng)，生成的（ NH4） 2SO4又能與 BaCl2反應(yīng)，先后生成的 HCl用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，終點(diǎn)為橙黃色，且溶液出現(xiàn)大花泡，并伴有沉淀和上層液體明顯分層現(xiàn)象。 鐵鈦比的測(cè)定：在硫酸介質(zhì)中，以高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，當(dāng) Fe2+全部被氧化為 Fe3+后，過(guò)量一滴高錳酸鉀溶液顯粉紅色，以指示終點(diǎn)到達(dá)。 原料配制 通過(guò)改變鈦液成份研究各個(gè)組份對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，從而更加全面地研究偏鈦酸生產(chǎn)中各種因素的影響，所以水解原料的配制是 非常重要的?？梢酝ㄟ^(guò)加入硫酸氧鈦、硫酸亞鐵、硫酸和水調(diào)節(jié)原鈦液中的 F值、總鈦含量和鐵鈦比，使其達(dá)到均勻設(shè)計(jì)要求的值，從而研究其影響。 鈦液水解條件 將以配制好的鈦液按要求裝入反應(yīng)中后，將反應(yīng)釜放入馬弗爐中程序升溫和保溫，在升溫過(guò)程中，析出了膠體氫氧化鈦沉淀。這種水合物在加溫過(guò)程中，很易溶于有機(jī)酸、稀的無(wú)機(jī)酸、堿以及鈦鹽溶液中，它溶液具有明顯的膠體特征。這種水合物的組成接近于二氧化鈦二水合物 Ti(OH)4。 TiOSO4+2H2O →Ti(OH)4↓+H2SO4 當(dāng)加熱到要求溫度時(shí)，溶液就會(huì)生成白 色偏鈦酸沉淀。 TiOSO4+2H2O → H2TiO3↓+H2SO4 水解生成的偏鈦酸具有無(wú)定型結(jié)構(gòu)或者不明顯的銳鈦型微晶體結(jié)構(gòu)，其粒徑一般都分布在微米級(jí)。水解過(guò)程大致可分為三個(gè)階段：晶核的形成、晶核的成長(zhǎng)以及沉淀的形成及熟化。本課題主要希望通過(guò)研究不同的升溫速率和保溫時(shí)間以及其他鈦液因素對(duì)鈦液水解效率的影響，以獲得最佳水解條件。 離心酸洗水洗除鐵 將得到的水解產(chǎn)物，使用不同濃度不同的硫酸溶液中進(jìn)行打漿，并且采用相應(yīng)的離心轉(zhuǎn)速進(jìn)行離心洗滌，然后進(jìn)行不同量的水洗。該項(xiàng)目主要通過(guò)研究酸洗濃度、酸洗量 、水洗量、離心時(shí)間、離心轉(zhuǎn)速對(duì)偏鈦酸的除鐵效果的影響。 烘干溶樣 將洗滌后的偏鈦酸，在 40℃下進(jìn)行烘干，然后使用硫酸溶液在加熱的條件下將其溶解，然后加入一定量的酒石酸防止鈦離子的水解，再使用一定量的氨水調(diào)節(jié) PH值，使其在 5左右。最后定容等待測(cè)鐵含量 。 鐵標(biāo)線和鐵含量的測(cè)定 鐵標(biāo)線使用硫酸高鐵銨作為鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液，并且制作不同濃度的鐵標(biāo)液，使攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 7 用鄰二氮菲分光光度法測(cè)定鐵含量，通過(guò)測(cè)得的吸光度與鐵含量做出鐵標(biāo)準(zhǔn)曲線。 將配置好的實(shí)驗(yàn)組溶液，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)曲線一樣的方法，測(cè)出實(shí)驗(yàn)組的吸光度，帶入標(biāo)準(zhǔn)曲 線計(jì)算得出鐵含量，然后通過(guò)換算得到最終偏鈦酸中的鐵含量。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 實(shí)驗(yàn) 8 2 實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器 原料 本實(shí)驗(yàn)以硫酸法鈦白粉生產(chǎn)過(guò)程的中間產(chǎn)物工業(yè)鈦液為原料，工業(yè)鈦液來(lái) 自攀枝花釩鈦工業(yè)園區(qū) 某硫酸法 鈦白廠，其各項(xiàng)指標(biāo)見(jiàn)下表 所示。 表 工業(yè)鈦液指標(biāo) 鈦液批號(hào) 鈦濃度 g/L 有效酸 F 值 鐵鈦比 Fe/Ti 穩(wěn)定性 1 2 3 460 430 450 實(shí)驗(yàn)試劑 實(shí)驗(yàn)中主要用到的試劑與材料如下表所示。 表 實(shí)驗(yàn)中所用到的藥品與材料 試劑名稱 分子式 純度 生產(chǎn)廠家 酒石酸 C4H6O6 AR 成都市科龍化工試劑廠 硫氰酸銨 NH4SCN AR 成都市科龍化工試劑廠 濃硫酸 H2SO4 CP 成都市聯(lián)合化工試劑研究所 硫酸氧鈦 硫酸亞鐵 氨水 鹽酸羥銨 乙酸鈉 冰乙酸 1,10菲啰啉 高錳酸鉀 草酸鈉 硫酸鐵（Ⅲ）銨 氯化鋇 甲基橙 氯化銨 氫氧化鈉 鋁片 碳酸氫鈉 FeSO4 NH4OH HONH3Cl C2H4O2 KMnO4 Na2C2O4 NH4Fe(SO4).12H2O C14H14N3NaO3S NH4Cl NaOH Al NaHCO3 CP AR AR AR AR AR AR AR AR AR AR AR AR AR AR 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所 重慶市振興設(shè)備化工廠 成都市聯(lián)合化工試劑研究所 成都市新都區(qū)木蘭鎮(zhèn)工業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū) 成都市新都區(qū)木蘭鎮(zhèn)工業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū) 成都市聯(lián)合化工試劑研究所 成都市新都區(qū)木蘭鎮(zhèn)工業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū) 成都市新都區(qū)木蘭鎮(zhèn)工 業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū) 成都市科龍化工試劑廠 成都市科龍化工試劑廠 成都市新都區(qū)木蘭鎮(zhèn)工業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū) 成都市聯(lián)合化工試劑研究所 四川西隴化工有限公司 成都市聯(lián)合化工試劑研究所 上海龍昕科技發(fā)展有限公司 成都市科龍化工試劑廠 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 實(shí)驗(yàn) 9 實(shí)驗(yàn)儀器 實(shí)驗(yàn)中用到的主要器材與裝置如下表所示。 表 實(shí)驗(yàn)中所用到的儀器與裝置 名稱 生產(chǎn)廠家 FA2021 分析天平 (200g) 常州市幸運(yùn)電子設(shè)備有限公司 TG—16 高速離心機(jī) 鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司 磁力加熱攪拌器 上海梅香儀器有限公司 SGM2863A 人工智能箱式電 阻爐 洛陽(yáng)市西格馬儀器制造有限公司 PR9245A 恒溫干燥箱 普瑞賽斯儀器有限公司 電吹風(fēng) MR1500B 名人電吹 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