基本信息
- 项目名称：
- 以微波水热法从含钛电炉熔分渣中提取钛的新工艺
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 攀西地区蕴藏着丰富的钒钛磁铁矿资源。含钛铁矿石经电炉冶炼后，原料中的二氧化钛几乎全部进入炉渣中，造成极大的资源浪费。目前从含钛炉渣中提钛的方法主要有四种，但工艺都尚不完善。本课题采用微波水热条件下的碱法新工艺来处理高钛电炉渣，在国内尚未发现相关研究与应用。实验成功的将钛元素以金红石型二氧化钛的形式从原渣中分离出来,并成功制备出两种高附加值纳米线，实现了温和条件下的变废为宝。
- 详细介绍：
- 攀西地区蕴藏着丰富的钒钛磁铁矿资源。含钛铁矿石经电炉冶炼后，原料中的二氧化钛几乎全部进入炉渣中，使得渣中的二氧化钛含量达到25％左右，造成极大的资源浪费和环境污染。目前处理含钛炉渣的方法主要有四种，但工艺都尚不完善，难以大规模生产。本课题采用微波水热条件下的碱法新工艺来处理高钛电炉渣。本实验所采用的微波水热条件下利用碱液来处理电炉熔分渣的方法，在国内尚未发现相关研究与应用。实验成功地将钛元素以金红石型二氧化钛的形式从复杂的原渣中分离出来,并成功制备出两种高纯度高附加值的纳米线。本课题探索了微波水热碱法提钛的反应最佳条件，探究了微波水热法所应采用的最佳温度以及保温时间，以及最佳渣碱比。从XRD和SEM分析得出最佳微波水热反应条件是：水热温度为150度,保温三个小时以上,碱液浓度为9M。实验中还完成了微波水热以及普通水热的对比试验。经过SEM的分析可以看到微波水热处理后以及酸解后可以得到两种高纯度纳米线材料，分别是Na2TiO3纳米线（导温材料）、 TiO2纳米线（光催化材料），从而实现了温和条件下的变废为宝。
作品图片
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 含钛铁矿石经直接还原后进入电弧炉熔分，矿石中的Ti进入渣中。冶炼时加入的大量CaO会使TiO2在渣中的活性降低，且渣中能与钛结合的杂质多，使钛的分离困难。水热法动力学条件更好，另外可循环利用碱液。而微波加热可实现有极性分子在微波电磁场中的分子水平的搅拌，反应快。因此，我们采用微波水热碱法提钛。
科学性、先进性及独特之处
- 由于高炉冶炼需要加入大量CaO，使得TiO2在渣中的活性极大降低而难以提取，目前处理含钛渣的方法主要有四种但工艺都尚不完善。微波水热条件下利用碱液来处理电炉熔分渣的方法在国内尚未发现相关研究与应用。在本新工艺下，从XRD分析得出最佳反应条件是：微波水热温度为150度,保温三个小时以上,碱液浓度为9M，且经微波水热处理以及酸解后可得到Na2TiO3纳米线、TiO2纳米线两种高纯纳米线材料。
应用价值和现实意义
- 含钛铁矿石经电炉冶炼后，原料中的二氧化钛几乎全部进入炉渣中，使得渣中的二氧化钛含量达到25％左右，目前对这些含钛炉渣的主要处理方式还是堆放，是钛资源的一种极大的浪费。微波水热法可以实现温和条件下的钛资源利用，以金红石型二氧化钛的形式从复杂的原渣中分离出来,并成功制备出两种高纯高附加值的纳米线，相较目前四种主要的处理方法提取率高，经济效益更好。
学术论文摘要
- 攀西地区蕴藏着丰富的钒钛磁铁矿资源。含钛铁矿石经电炉冶炼后，原料中的二氧化钛几乎全部进入炉渣中，使得渣中的二氧化钛含量达到25％左右，造成极大的资源浪费和环境污染。目前处理含钛高炉渣的方法主要有四种。目前工艺尚不完善，难以大规模生产。本课题采用经过微波水热条件下的碱法新工艺来处理高钛电炉渣。本实验采用微波水热条件下利用碱液来处理电炉熔分渣的方法，在国内尚未发现相关研究与应用。试验成功的将钛元素以金红石型二氧化钛的形式从复杂的原渣中分离出来,并成功制备出两种高纯度高附加值的纳米线，从而实现了温和条件下的变废为宝。本论文的主要任务是摸索微波水热碱法提钛的反应最佳条件，探究了微波水热法所应采用的最佳温度以及保温时间，以及最佳渣碱比。从XRD和SEM分析得出最佳微波水热反应条件是：水热温度为150度,保温三个小时以上,碱液浓度为9M。实验中还完成了微波水热以及普通水热的对比试验。经过SEM的分析可以看到微波水热处理后以及酸解后可以得到两种高纯度纳米线材料，分别是Na2TiO3纳米线、 TiO2纳米线。关键词: 钒钛磁铁矿,微波水热,提钛
获奖情况
- （1）于2010年11月获学校第十二届“摇篮杯”课外学术作品竞赛一等奖； （2）于2011年4月本课题作为“国家大学生创新实验计划项目”通过专家审核。
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]Adachi, M., Murata, Y., Harada, M., Yoshikawa, S., 2000. Formation of titania nanotubes with high photo-catalytic activity. Chemistry Letters 29 (8), 942–943. [2]Jabłoński, M., Przepiera, A., 2001. Kinetic model for the reaction of ilmenite with sulphuric acid. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 65 (2), 583–590. [3]Krchma, I.J., Schaumann, H.H., 1951. Production of titanium dioxides. U.S. Patent 2,559,638. [4]Langmesser, P.W., Volz, H.G., Kienast, G., 1973. Process leading to the production of titanium dioxide pigment with a high degree of whiteness. U.S. Patent 3,760,058. [5]Liu, G.Y., Wu, R.F., Zeng, Y.M., 1998. Concentration of hydrolytic acid from production of titanium dioxide. Mineral Metallurgy Engineering 18 (1), 53–59 (In Chinese). [6]Mackey, T.S., 1974. Acid leaching of ilmenite into synthetic rutile. Industry Engineering Chemistry 13 (1), 9–18.
同类课题研究水平概述
- （1）重庆大学的研究小组将NaOH加入到高炉渣中，在1200～1300℃条件下反应，用水浸取共熔渣，浸取后的渣中TiO2有不同程度的降低。但其反应温度高，NaOH挥发严重，且浸取后的渣中TiO2含量仍有10％左右。 （2）埃及的T.A.Lasheen研究小组将钛渣与Na2CO3混合后在850℃条件下反应，生成的共熔渣经酸洗﹑加碱等处理后最终得到了纯度为97％的金红石。但是实验中所采用的温度太高，不利于工业化。 （3）埃及的Nayl Ismail研究小组采用NH4OH溶液与高钛高炉渣在150℃时反应，经过滤﹑酸洗等处理后得到TiO2。虽然该工艺的温度较低，但其处理流程长，钛的转化率（约88％）较低。 （4）中科院过程研究所采用NaOH溶液与含钛渣在220℃条件下反应生成Na4Ti3O8，最终测得钛的转化率达到99％。此方法只针对不含其他杂质的钙钛矿进行了处理，尚未有对工业实际生产的电炉渣进行处理。
