探析高炉渣制取高钛渣的新工艺研究

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1、四川大学硕士学位论文高炉渣制取高钛渣的新工艺研究姓名：徐程浩申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：刘代俊20060507高炉渣制取高钛渣的新工艺研究化学工程专业研究生徐程浩指导教师刘代俊教授面对资源和环境问题日益严熏的今天，人们对资源的合理应用以及人类生产活动对环境的影响越来越关注。攀枝花钢铁公司采用高炉炼铁，每年产出大量的高炉渣，造成现有渣场难以堆放且严重污染金沙江水域。而渣中含有大量的钛、铝和镁等有价金属也是一种极大的浪费。以攀钢年产400万吨铁计，每年产出高炉渣约320万吨，其中约含有90万吨二氧化钛资源。国内学者近20年来对高钛渣的利用作

2、了大量研究，力图找到回收利用高炉渣的办法，以变废为宝而且也保护了环境。因此用循环经济的思想来探讨可持续发展的新途径，避免二次污染，同时回收炉渣中的有价金属是具有重要意义的。本文对于攀钢炼铁高炉渣中钛、铝元素的富集与分离，进行了较为系统的实验探索。首先探讨了在不同酸浓度、酸矿比、反应时间等条件下硫酸与高炉渣分解率的变化，最终在较低的酸浓度下获得了较高的酸解率，取得了重要的突破。然后根据高炉渣铁含量低，铝含量高的特点以及水解工序的要求，分析了硫酸铝铵的离子积关系，研究了溶液酸度、硫酸铵的加入量、温度、以及结晶时间等因素对脱铝率的影响，确定了较优的脱铝工艺

3、条件。考虑到本实验中钛液含钛低，酸度高的情况下，自生晶种水解法受F值影响较大而难以水解，采用微波场诱导，成功地产生了活性较好的晶种，使水解率达到92％，时间缩短到3小时，并通过实验确定了外加晶种的优化加入量。经分离、洗涤、煅烧后的产品，Ti02含量达到98％。本文还在理论上就微波对晶体材料的作用、水解过程的动力学行为进行了研究。酸解反应过程是颗粒中钙钛矿与溶液间的多相反应过程，微波辐射与晶粒间有无相关作用是人们困惑的问题之一。本文以方盒中运动自由粒子的薛定I谔(Schrodinger)方程的解为基础，考虑到晶粒团簇表面约束了公有化电子，因而有分裂能级

4、的特性，公有化电子可吸收电磁波，由低能级跃迁到高能级。能级之间的间距视团簇的大小不同而有差异，因此将高炉渣抽象成多晶体系的钙钛矿材料，并以此计算出钙钛矿系统对微波的频率响应，从一个侧面表明微波在加快酸解浸出中的作用。在水解与结晶动力行为的研究中，设定添加的晶种能够完全抑止晶核的形成，体系中不会产生新的晶核，结晶过程中晶核数目保持不变，溶质只在添加晶种表面上生长等假设条件，以物质平衡为基础，导出了微观条件下的晶体生长率与宏观水解率及晶种加入量的关系式。并且假定在间歇过程中混合良好，固液浓度分布均匀，并忽略晶体的聚集和破碎等二次过程，以粒数平衡方程为基础

5、，采用分离变量的方法对上述过程的粒数平衡方程进行数学求解，得到了粒度独立生长关系下的粒度频率分布函数。对动力学参数的分析表明，当添加的晶种数量足够多时，对于浓钛液水解过程，晶体生长速率与粒度可以近似认为无关。但稀钛液的晶体生长速度与粒度是相关的，即不同粒度的晶体生长速率是不相同的。并且通过分析，提出了改进的数学模型。最后通过相关的分析，提出液相水解合成金红石型Tf02的思路，并且在实验中发现Ti4+的初始水解速率与OH"浓度以及阴离子的影响有着密切的关系，为今后的研究提供了启示。关键词：高炉渣高钛渣微波频率响应水解结晶粒数平衡方程珏Studyonth

6、eNewPreparationofHigh—TitaniumSlagfromBlastFurnaceSlagMajor：ChemicalEngineeringStudent：XuChenghaoSupervisor：Prof．LiuDaijunFacedwiththeincreasingproblemsontheresollrc2．．．8andenvironmenttoday，mostpeoplepaymoreattentiontomakerationaluseofreSOtlrces。andtOconsidertheinfluenceonenvir

7、onmentcausedbyhumanactivities．SlagofblastfumacediscardedonthebankoftheJingsharivebyPanzhihuaSteelandIronCot(PSTC)hasbeenthreatenedthesecurityoftherivesystem．Furthermore,theunhandyslagcontainslotsof璐efulmetal，suchastitanium,aluminumandmagnesium．Itisagreatwasteinfact．Basedonyield

8、ing4milliontons’ironofPSTCeveryyear,theoutputofslagofM