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基本信息

項(xiàng)目名稱：
以微波水熱法從含鈦電爐熔分渣中提取鈦的新工藝
小類：
能源化工
簡介：
攀西地區(qū)蘊(yùn)藏著豐富的釩鈦磁鐵礦資源。含鈦鐵礦石經(jīng)電爐冶煉后，原料中的二氧化鈦幾乎全部進(jìn)入爐渣中，造成極大的資源浪費(fèi)。目前從含鈦爐渣中提鈦的方法主要有四種，但工藝都尚不完善。本課題采用微波水熱條件下的堿法新工藝來處理高鈦電爐渣，在國內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)相關(guān)研究與應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)成功的將鈦元素以金紅石型二氧化鈦的形式從原渣中分離出來,并成功制備出兩種高附加值納米線，實(shí)現(xiàn)了溫和條件下的變廢為寶。
詳細(xì)介紹：
攀西地區(qū)蘊(yùn)藏著豐富的釩鈦磁鐵礦資源。含鈦鐵礦石經(jīng)電爐冶煉后，原料中的二氧化鈦幾乎全部進(jìn)入爐渣中，使得渣中的二氧化鈦含量達(dá)到25％左右，造成極大的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。目前處理含鈦爐渣的方法主要有四種，但工藝都尚不完善，難以大規(guī)模生產(chǎn)。本課題采用微波水熱條件下的堿法新工藝來處理高鈦電爐渣。本實(shí)驗(yàn)所采用的微波水熱條件下利用堿液來處理電爐熔分渣的方法，在國內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)相關(guān)研究與應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)成功地將鈦元素以金紅石型二氧化鈦的形式從復(fù)雜的原渣中分離出來,并成功制備出兩種高純度高附加值的納米線。本課題探索了微波水熱堿法提鈦的反應(yīng)最佳條件，探究了微波水熱法所應(yīng)采用的最佳溫度以及保溫時(shí)間，以及最佳渣堿比。從XRD和SEM分析得出最佳微波水熱反應(yīng)條件是：水熱溫度為150度,保溫三個(gè)小時(shí)以上,堿液濃度為9M。實(shí)驗(yàn)中還完成了微波水熱以及普通水熱的對(duì)比試驗(yàn)。經(jīng)過SEM的分析可以看到微波水熱處理后以及酸解后可以得到兩種高純度納米線材料，分別是Na2TiO3納米線（導(dǎo)溫材料）、 TiO2納米線（光催化材料），從而實(shí)現(xiàn)了溫和條件下的變廢為寶。

作品圖片

  • 以微波水熱法從含鈦電爐熔分渣中提取鈦的新工藝
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  • 以微波水熱法從含鈦電爐熔分渣中提取鈦的新工藝

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

含鈦鐵礦石經(jīng)直接還原后進(jìn)入電弧爐熔分，礦石中的Ti進(jìn)入渣中。冶煉時(shí)加入的大量CaO會(huì)使TiO2在渣中的活性降低，且渣中能與鈦結(jié)合的雜質(zhì)多，使鈦的分離困難。水熱法動(dòng)力學(xué)條件更好，另外可循環(huán)利用堿液。而微波加熱可實(shí)現(xiàn)有極性分子在微波電磁場中的分子水平的攪拌，反應(yīng)快。因此，我們采用微波水熱堿法提鈦。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

由于高爐冶煉需要加入大量CaO，使得TiO2在渣中的活性極大降低而難以提取，目前處理含鈦渣的方法主要有四種但工藝都尚不完善。微波水熱條件下利用堿液來處理電爐熔分渣的方法在國內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)相關(guān)研究與應(yīng)用。在本新工藝下，從XRD分析得出最佳反應(yīng)條件是：微波水熱溫度為150度,保溫三個(gè)小時(shí)以上,堿液濃度為9M，且經(jīng)微波水熱處理以及酸解后可得到Na2TiO3納米線、TiO2納米線兩種高純納米線材料。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

含鈦鐵礦石經(jīng)電爐冶煉后，原料中的二氧化鈦幾乎全部進(jìn)入爐渣中，使得渣中的二氧化鈦含量達(dá)到25％左右，目前對(duì)這些含鈦爐渣的主要處理方式還是堆放，是鈦資源的一種極大的浪費(fèi)。微波水熱法可以實(shí)現(xiàn)溫和條件下的鈦資源利用，以金紅石型二氧化鈦的形式從復(fù)雜的原渣中分離出來,并成功制備出兩種高純高附加值的納米線，相較目前四種主要的處理方法提取率高，經(jīng)濟(jì)效益更好。

學(xué)術(shù)論文摘要

攀西地區(qū)蘊(yùn)藏著豐富的釩鈦磁鐵礦資源。含鈦鐵礦石經(jīng)電爐冶煉后，原料中的二氧化鈦幾乎全部進(jìn)入爐渣中，使得渣中的二氧化鈦含量達(dá)到25％左右，造成極大的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。目前處理含鈦高爐渣的方法主要有四種。目前工藝尚不完善，難以大規(guī)模生產(chǎn)。本課題采用經(jīng)過微波水熱條件下的堿法新工藝來處理高鈦電爐渣。本實(shí)驗(yàn)采用微波水熱條件下利用堿液來處理電爐熔分渣的方法，在國內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)相關(guān)研究與應(yīng)用。試驗(yàn)成功的將鈦元素以金紅石型二氧化鈦的形式從復(fù)雜的原渣中分離出來,并成功制備出兩種高純度高附加值的納米線，從而實(shí)現(xiàn)了溫和條件下的變廢為寶。本論文的主要任務(wù)是摸索微波水熱堿法提鈦的反應(yīng)最佳條件，探究了微波水熱法所應(yīng)采用的最佳溫度以及保溫時(shí)間，以及最佳渣堿比。從XRD和SEM分析得出最佳微波水熱反應(yīng)條件是：水熱溫度為150度,保溫三個(gè)小時(shí)以上,堿液濃度為9M。實(shí)驗(yàn)中還完成了微波水熱以及普通水熱的對(duì)比試驗(yàn)。經(jīng)過SEM的分析可以看到微波水熱處理后以及酸解后可以得到兩種高純度納米線材料，分別是Na2TiO3納米線、 TiO2納米線。關(guān)鍵詞: 釩鈦磁鐵礦,微波水熱,提鈦

獲獎(jiǎng)情況

（1）于2010年11月獲學(xué)校第十二屆“搖籃杯”課外學(xué)術(shù)作品競賽一等獎(jiǎng)； （2）于2011年4月本課題作為“國家大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目”通過專家審核。

鑒定結(jié)果

無

參考文獻(xiàn)

[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]Jab?oński, 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.

同類課題研究水平概述

（1）重慶大學(xué)的研究小組將NaOH加入到高爐渣中，在1200～1300℃條件下反應(yīng)，用水浸取共熔渣，浸取后的渣中TiO2有不同程度的降低。但其反應(yīng)溫度高，NaOH揮發(fā)嚴(yán)重，且浸取后的渣中TiO2含量仍有10％左右。 （2）埃及的T.A.Lasheen研究小組將鈦渣與Na2CO3混合后在850℃條件下反應(yīng)，生成的共熔渣經(jīng)酸洗﹑加堿等處理后最終得到了純度為97％的金紅石。但是實(shí)驗(yàn)中所采用的溫度太高，不利于工業(yè)化。 （3）埃及的Nayl Ismail研究小組采用NH4OH溶液與高鈦高爐渣在150℃時(shí)反應(yīng)，經(jīng)過濾﹑酸洗等處理后得到TiO2。雖然該工藝的溫度較低，但其處理流程長，鈦的轉(zhuǎn)化率（約88％）較低。 （4）中科院過程研究所采用NaOH溶液與含鈦渣在220℃條件下反應(yīng)生成Na4Ti3O8，最終測得鈦的轉(zhuǎn)化率達(dá)到99％。此方法只針對(duì)不含其他雜質(zhì)的鈣鈦礦進(jìn)行了處理，尚未有對(duì)工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的電爐渣進(jìn)行處理。
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