磁力驱动钛铁矿机械活化-稀酸酸解耦合反应技术的基础研究

China is the largest titanium and titanium pigment producer, however, it meets severe challenges for the waste acid discharge from sulfate process and the material shortage of chloride process.It will be urgent to build a new waste acid recycle routine in the clean and energy-saving pigment production process. Complete waste acid recycle can be realized by delute acid digestion technology, but the digestion requires the well activated ilmenite. A alternating magnetical drived coupling reaction technology is applied to conduct the mechanical activation of ilmenite and leaching with dilute acid.It can produce qualified titanium solution and also the chloride titanium-slag.The project will aim at the working principles of activation-leaching under alternating magnetic field, mechanical effect of ore particles, synergic effect of the reaction under magnetic field, coupling reaction of leaching/hydrogenlysis. The magnetical effects, particle movement and collision effectiveness, surface effects and liquid-solid reaction kinetics, mutil-phase transfer and phase equilibrium will be systematically investigated. Futhermore, the relationship between the crystalline structure and surface reaction, particle movement and macro-reaction behaviors, multi-phase effect and mass transfer, electric-magnetic conversion and temperature distribution will be studied. As the result, the work model and scale-up principle of the novel magnetical drived activation/leaching coupling reactor is expected. it will provide the foundamental knowledge of dilute acid digestion technology and promote the development of titanium industry.

中国是钛白粉和海绵钛生产第一大国，钛白粉生产以硫酸法为主。硫酸法废酸排放和氯化法原料短缺是行业面临的生死挑战，必须构建废酸全循环的硫酸法钛白和氯化钛渣的清洁低耗生产工艺。废酸全循环的核心是稀酸反应技术，稀酸反应的难点在于矿物活化。采用交变磁场驱动下的机械活化-酸解耦合反应技术，有效提高钛铁矿在稀酸中的反应活性，制备合格钛液和氯化钛渣。系统研究交变磁场作用下反应系统的活化-酸浸工作原理、矿粒活化力学机制、磁场协同作用机理、酸解\水解耦合反应，通过基础的磁学作用模型、粒子在反应器中的运动及碰撞活化模型、界面作用和液固反应动力学模型、相间传递模型及相态转化热力学模型等研究，深入探讨新反应环境下的矿晶结构与界面反应、微粒运动与宏观反应特性、相间作用与多相传递、电磁转化与温度场等关联作用的科学问题，构建磁驱活化-酸解耦合反应器的工作模型和放大原则，奠定稀酸反应技术的理论基础,推动钛化工行

我国钛白粉产量占世界44%，海绵钛产量占世界30%。以钛铁矿为原料的硫酸法钛白生产排放大量废酸，污染环境，而氯化法钛白和海绵钛的富钛原料稀缺。本项目采用稀酸酸解，构建了废酸循环生产钛白粉的清洁低耗硫酸法钛白生产工艺，同时可生产氯化法富钛料。.采用机械活化方法，解决了稀酸酸解钛铁矿反应动力学问题；详细研究了稀酸条件下机械活化对矿物作用机理，机械力作用下钛铁矿晶体应变与反应活性之间的关系等；研究了稀酸条件下材料和磨料的腐蚀特性，反应温度对酸解特性影响规律；根据磨浸结合实验，以循环废酸配备的60%硫酸可以酸解钛铁矿并生产出合格钛液，并进行了放大实验；成果部分用于工业实践，降低50%废酸排放，为稀酸酸解工艺提供了系统的理论基础。.基于稀酸酸解钛液浓度低和杂质含量特征，开发了稀钛液水解新工艺。系统研究了杂质离子对水解反应影响规律，电场作用下水解机理的变化，获得了水解动力学数据。开发了以微波加热制备晶种的外加晶种稀溶液水解反应工艺，获得了分布更窄、晶粒尺寸更好、煅烧过程中转晶活性更高的偏钛酸水解产物，将硫酸法钛白工艺生产晶红石型TiO2的转晶煅烧温度降低了200C，能耗明显降低。.研究了硫酸法TiO2的表面改性和催化反应性能。进行了钛白粉（锐钛型）表面液相法氟硅烷包膜和气相氧化物包膜对涂料性能，特别是对耐候性和表面光催化性能影响的研究；开发了常温CVD气相氧化物包膜技术，可以均匀包覆1-3nm惰性和活性氧化物膜层，解释了表面膜层对界面光电子催化的作用机理；制备了钛基Mn-SiO2@TiO2纳米杯NH3-SCR催化剂，实现了120C低温脱硝；利用钛高炉渣制备的钛基NH3-SCR催化剂，实现了100%N2选择性。.利用稀酸酸解-水解耦合反应技术，开发了生产氯化法富钛料新工艺。研究了废酸加压+机械活化、微波预处理-稀硫酸选择性、选择性硫酸化等三种钛铁矿除铁制富钛料工艺路线，研究了反应条件对反应动力学影响规律，反应中固体溶解特性和离子传递规律等，为富钛料生产提供了可选择的途径。