水热体系处理钛铁矿清洁生产二氧化钛的基础研究

In view of the problems of serious environmental pollution existing in the production of titanium dioxide, the study proposes the cleaner production of titanium dioxide by new technology using ilmenite resources with Chinese characteristics and important application background as the research object. To solve the key scientific problems of comprehensive utilization of ilmenite resources with cleaning and high efficiency, a series of basic researches should be carried out including the clean conversion of ilmenite by hydrothermal system, separation technology of titanium from iron phase by controlling the reaction process and the catalyzed hydrolysis of titanate. This project is to investigate the reaction thermodynamics, reaction kinetics and phase equilibrium with multiple systems during the hydrothermal decomposition of ilmenite. Effects of various factors on the decomposition rate, decomposition ratio and composition of the product are analyzed and the restrictive step is found during the process of clean conversion of ilmenite. Based on the results, the reaction thermodynamics database, dynamic model, dissolution and crystallization phase diagram of multiple titanate are established, which will build the theoretical base for cleaner production of titanium dioxide by hydrothermal system. . The research results are of significance for the sustainable utilization of ilmenite resources and the cleaner production of titanium dioxide. Moreover, the results also exhibit universal significance for the treatment of other mineral resources of amphoteric metal.

本研究针对钛白工业生产严重污染的现状，以具有重大应用背景的我国大宗特色钛铁矿资源为研究对象，开展水热体系清洁转化钛铁矿-反应过程调控强化钛铁分离-钛酸盐催化水解清洁生产钛白新工艺和新过程的基础研究，以期解决钛铁矿资源高效-清洁-综合利用的关键科学问题。本项目拟研究水热分解钛铁矿新过程的反应热力学、反应动力学及多元多相体系的相平衡；分析反应体系中各种因素对钛铁矿分解率、分解速率及产品组成的影响，寻找水热体系清洁转化钛铁矿过程的限制性环节，建立反应热力学数据库、动力学模型及钛酸盐多元体系溶解/结晶相图，奠定水热体系处理钛铁矿清洁生产二氧化钛的理论基础。. 本项目的研究成果对钛铁矿资源的可持续利用及二氧化钛的清洁生产具有重要的科学意义，并对处理其它两性金属矿产资源具有普遍意义。

二氧化钛，俗称钛白，是世界上性能最好的一种白色颜料。硫酸法和氯化法是目前工业生产二氧化钛的两种工艺，但无论是硫酸法或氯化法，它们在生产过程中存在排废量大、废物毒性大、对环境污染重等问题。本研究针对我国钛资源特色，开展NH4OH水热体系清洁转化钛铁矿-反应过程调控强化钛铁分离-钛酸盐催化水解清洁生产钛白新工艺和新过程的基础研究，以期解决钛铁矿资源高效-清洁-综合利用的关键科学问题，主要研究内容及结果如下：.（1）：利用HSC6.0程序对NH4OH水热体系分解钛铁矿过程进行了热力学计算分析。结果表明，在400－600 K温度范围内，钛铁矿在NH4OH水热体系中的分解过程具有很强的反应趋势，其分解产物钛酸铵经水解、煅烧后可得TiO2。反应的过程中FeO及MnO会被气相中的氧气氧化为Fe2O3和MnO2。钛铁矿中铝杂质不与NH4OH发生反应而存在与渣相之中，通过过滤即可将其除去，有利于生成高纯度的二氧化钛。.（2）研究了NH4OH水热体系分解钛铁矿的反应动力学，发现提高反应温度、碱浓度、碱矿质量比或减小矿粒度均能提高钛铁矿的分解率，其中反应温度的影响尤为显著；钛铁矿在氢氧化钾亚熔盐中的分解过程符合收缩未反应核模型，受界面化学反应控制。.（3）NH4OH水热体系对不同类型矿石的适应性较好；在钛铁分离的单元操作中，用磁选或超声的方法对分离固相中的钛铁有一定的效果；反应结束后NH4OH过蒸发浓缩可实现反应介质的内循环；固相经热水溶解、水解、煅烧后可得纯度为98%的锐钛矿型二氧化钛，经过漂白、包膜等后处理可用于工业上广泛使用的钛白。