微波强化酸溶性钛渣有价金属组元选择性富集机理研究

Because of the shortage of natural rutile, synthetic rutile is widely used a substitute raw materials for natural rutile owing to its excellent mechanical and thermal properties. In the present study, sulphate titanium slags were prepared from ilmenite ore by carbonthermal reduction, and were chosen as the research objects. Study on the characteristics and structure of sulphate titanium slag, and combine with the traditional features of microwave energy transmission and selective microwave heating, and mechanism research and regulatory mechanism of preparing synthetic rutile under microwave heating were investigated. The effects of the physicochemical properties of sulphate titanium slags on the complex dielectric constant of raw materials, and microwave selective heating on the interaction mechanism of selectivity enrichment and reaction kinetic parameters of microwave roasting sulphate titanium slags were characterized using theory analysis, experimental research and characterization. The mechanism of heat and mass transfer on reaction during microwave heating was analyzed, and the crystal structures, microstructure and particle size distributions of microwave treated synthetic rutile were systematically investigated. The demonstration of microwave heating techniques can be applied effectively and efficiently to the treatment processing of synthetic rutile with theoretical basis.

随着天然金红石贮量枯竭，人造金红石由于具有优异的机械性能和热特性成为其优质替代品。本项目以钛铁矿还原熔炼后得到的酸溶性钛渣为研究对象，充分研究酸溶性钛渣的物相组成与结构特点，结合微波加热特有的能量传输方式和选择性加热的特性，拟开展微波加热酸溶性钛渣制备人造金红石新工艺及其反应过程机理与调控机制的研究。采用理论分析、实验研究、分析表征和模拟计算等手段，掌握酸溶性钛渣的物理化学性质对复介电常数的影响规律、揭示微波选择性加热对有价组元的选择性富集与反应过程动力学参数变化规律的作用机制，获得相间反应动力学特性。阐明微波加热对人造金红石的晶型结构、显微形貌及粒径分布的调控机理。该研究将为微波加热技术在人造金红石的制备中提供重要的理论依据。

本项目以钛铁矿还原熔炼后得到的酸溶性钛渣为研究对象，充分研究酸溶性钛渣的物相组成与结构特点，结合微波加热特有的能量传输方式和选择性加热的特性，开展了微波加热酸溶性钛渣制备人造金红石新工艺及其反应过程机理与调控机制的研究。当钛渣粒度为180um，混合V2O5的含量为10%时，在各自的微波波谱图中，具有较大的相对频率移动和较低的电压振幅，此时为不同条件下样品吸波特性测试的最佳条件。系统研究了微波焙烧温度和保温时间对二氧化钛品位，硫、碳含量和TiO2晶型转变的影响。随着微波加热温度和保温时间的增加，二氧化钛品位和硫、碳含量都呈减少的趋势，与常规加热相比，时间缩短。从XRD中可以看出，金红石TiO2的(101)，(111)和(211)晶面的衍射峰强度逐渐增加，锐钛型TiO2和Fe3Ti3O10的各个晶面的衍射峰强度逐渐降低。Raman结果表明，位于396.8，515.2，637.0cm-1为锐钛型TiO2的拉曼振动模式特征峰强度逐渐减少，位于153.2cm-1为Ti3O5的拉曼振动模式特征峰消失，位于197.2cm-1为Ti2O3的拉曼振动模式特征峰消失。位于244.6，445.6，615.0cm-1为金红石型TiO2的拉曼振动模式特征峰的强度逐渐增加，并移至低波数，产生红移。FT-IR结果表明，在1697.0cm-1处的吸收峰为样品中所含水分的H–O–H的弯曲振动吸收峰消失，在1089.6cm-1处为O–H键的弯曲振动吸收峰减弱，在529.3cm-1处为TiO2八面配位体的振动引起的特征峰移至高波数，产生蓝移。SEM结果表明，经过微波处理后的样品呈现出不规则的针状结构，在样品的表面上很多的孔被打开，导致了样品的表面积增大。样品中的其他杂质如锰、镁、硅等富集在灰白色的小颗粒中，有利于下一步的选矿分离过程。该研究将为微波加热技术在人造金红石的制备中提供重要的理论依据。相关成果获得中国有色金属工业科学技术发明一等奖、中国循环经济协会科学技术奖励一等奖、第二十二届全国发明展览会金奖等省部级奖励，出版专著2部，申请专利15项，授权5项，发表论文11篇，其中SCI收录6篇。参与承办国际国内学术会议1次，参加学术会议3人次，特邀报告1次；培养博士1名及硕士4名。完成任务书中规定所有的研究内容和技术指标。