赤泥硫酸铵焙烧浸出液水解制备偏钛酸的研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2022-0191

无机盐工业 ›› 2023, Vol. 55 ›› Issue (2): 85-91.doi: 10.19964/j.issn.1006-4990.2022-0191

赤泥硫酸铵焙烧浸出液水解制备偏钛酸的研究

潘思呈^1,^2,³(),徐红彬^2,^3,⁴(),张红玲^2,^3,⁴,董玉明^2,³,张宏军⁵,娄太平¹

1.东北大学，辽宁沈阳 110819
2.中国科学院绿色过程与工程重点实验室，北京 100190
3.中国科学院过程工程研究所战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心，北京 100190
4.中国科学院大学，北京 100049
5.甘肃锦世化工有限责任公司，甘肃张掖 734500

收稿日期:2022-04-12 出版日期:2023-02-10 发布日期:2023-02-16
作者简介:潘思呈（1997— ），女，硕士研究生，主要研究方向为赤泥资源化利用；E-mail：m15977392537@163.com。|徐红彬（1974— ），男，博士，研究员，主要研究方向为化工冶金清洁生产工艺与高附加值湿法冶金与精细化工产品研发；E-mail：hbxu@ipe.ac.cn。
基金资助:
国家重点研发计划资助项目(2018YFC1901906)

Study on preparation of metatitanic acid by hydrolysis of leaching solution of roasted mixture of red mud and ammonium sulfate

PAN Sicheng^1,^2,³(),XU Hongbin^2,^3,⁴(),ZHANG Hongling^2,^3,⁴,DONG Yuming^2,³,ZHANG Hongjun⁵,LOU Taiping¹

1. Northeastern University，Shenyang 110819，China
2. CAS Key Laboratory of Green Process and Engineering，Institute of Process Engineering，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China
3. National Engineering Research Center of Green Recycling for Strategic Metal Resources，Institute of Process Engineering，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China
4. University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China
5. Gansu Jinshi Chemical Industry Co.，Ltd.，Zhangye 734500，China

Received:2022-04-12 Published:2023-02-10 Online:2023-02-16

摘要/Abstract

摘要：

采用选择性水解的方法利用赤泥硫酸铵焙烧熟料浸出液制备偏钛酸以回收钛。首先添加还原铁粉作为还原剂，将浸出液中的三价铁离子还原为二价铁离子，然后控制水解条件，将浸出液中的四价钛离子通过水解反应合成偏钛酸并对其进行分离回收。研究结果表明，浸出液中钛水解的最佳工艺条件：还原铁粉加入量为三价铁离子完全还原为二价铁离子所需铁粉的理论量、水解温度为140 ℃、水解时间为4 h、终点pH=2.0、添加晶种的含钛量占浸出液总钛含量的9%。在优化的工艺条件下，浸出液中钛的水解率达到95%；偏钛酸产物具有锐钛矿晶型且结晶度较低；产物形貌为不规则的圆形球体颗粒及块状聚集体，具有一定程度的团聚现象；偏钛酸颗粒吸附有一定量的硫酸盐，经计算水解产物组成为TiO₂·0.7H₂O·0.08SO₃。

关键词: 选择性水解, 赤泥, 硫酸铵, 钛, 偏钛酸

Abstract:

Metatitanic acid was prepared by controlled hydrolysis of the titanium component in the leaching solution of the roasted mixture of red mud and ammonium sulfate to recover titanium.Firstly，reduced iron powder was added as reducing agent to reduce Fe³⁺ into Fe²⁺ in the leaching solution.Then，the hydrolysis conditions were controlled，and the Ti⁴⁺ in the leaching solution was hydrolyzed to synthesize metatitanic acid and was separated and recovered.The research results showed that the optimal hydrolysis conditions for the titanium component in the leaching solution were determined as follows：theoretical amount of the added reduced iron powder required for complete reduction of Fe³⁺ into Fe²⁺，hydrolysis temperature of 140 ℃，hydrolysis time period of 4 h，hydrolysis ending pH of 2.0，and added titanium amount in the metatitanic acid seed of 9% of the total titanium content in the leaching solution.Under the above optimal process conditions，the hydrolysis efficiency of titanium in the leaching solution was reached as high as 95%.The metatitanic acid product had anatase crystal form and low crystallinity.The morphology of the product was irregular circular spheres with massive agglomeration to a certain extent.Since the metatitanic acid particle adsorbed a certain amount of sulfate，the calculated product composition was determined as TiO₂·0.7H₂O·0.08SO₃.

Key words: selective hydrolysis, red mud, ammonium sulfate, titanium, metatitanic acid

中图分类号:

P618.47

潘思呈,徐红彬,张红玲,董玉明,张宏军,娄太平. 赤泥硫酸铵焙烧浸出液水解制备偏钛酸的研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(2): 85-91.

PAN Sicheng,XU Hongbin,ZHANG Hongling,DONG Yuming,ZHANG Hongjun,LOU Taiping. Study on preparation of metatitanic acid by hydrolysis of leaching solution of roasted mixture of red mud and ammonium sulfate[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2023, 55(2): 85-91.

图/表 11

表1

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

图9

图10

参考文献 28

1	PIETRANTONIO M， PUCCIARMATI S， TORELLI G N，et al.Towards an integrated approach for red mud valorisation：A focus on titanium[J].International Journal of Environmental Science and Technology，2021，18（2）：455-462.
2	赵恒，李望，朱晓波，等.赤泥提钛研究现状与展望[J].河南化工，2018，35（6）：3-7，12.
	ZHAO Heng， LI Wang， ZHU Xiaobo，et al.Research status and prospect on extracting titanium from red mud[J].Henan Chemical Industry，2018，35（6）：3-7，12.
3	EVANS K.The history，challenges，and new developments in the management and use of bauxite residue[J].Journal of Sustainable Metallurgy，2016，2（4）：316-331.
4	JONES B E H， HAYNES R J.Bauxite processing residue：A critical review of its formation，properties，storage，and revegetation[J].Critical Reviews in Environmental Science and Technology，2011，41（3）：271-315.
5	李博琦，谢贤，纪翠翠，等.赤泥提钛技术研究现状与展望[J].矿冶，2020，29（6）：87-93.
	LI Boqi， XIE Xian， JI Cuicui，et al.Research status and prospect of titanium extraction from red mud[J].Mining and Metallurgy，2020，29（6）：87-93.
6	PEPPER R A.Comprehensive examination of acid leaching behaviour of mineral phases from red mud：Recovery of Fe，Al，Ti，and Si[J].Minerals Engineering，2016，99：8-18.
7	韩东战，尹中林.赤泥提钛的研究现状[J].矿产综合利用，2017（3）：33-37.
	HAN Dongzhan， YIN Zhonglin.Current research situation of recovering titanium from red mud[J].Multipurpose Utilization of Mineral Resources，2017（3）：33-37.
8	王红伟，马科友，秦凤婷，等.烧结法赤泥中有价金属分离试验研究[J].湿法冶金，2014，33（3）：192-195.
	WANG Hongwei， MA Keyou， QIN Fengting，et al.Separation of valuable metals from red mud of sintering method[J].Hydrometallurgy of China，2014，33（3）：192-195.
9	刘宏辉，潘思呈，雷炳宏，等.一种赤泥中有价组分综合回收的方法：中国，112795784B[P].2022-04-05.
10	孙帅，孙宏骞，宋静，等.钪资源现状及溶剂萃取在钪提取过程中的应用研究进展[J].过程工程学报，2020，20（8）：877-886.
	SUN Shuai， SUN Gqiansun， SONG Jing，et al.Current status of scandium resources and application research progress of solvent extraction in the process of scandium extraction[J].The Chinese Journal of Process Engineering，2020，20（8）：877-886.
11	王红伟，马科友，安松琦.拜耳法赤泥中主要组分分离研究[J].材料与冶金学报，2014，13（1）：24-27，36.
	WANG Hongwei， MA Keyou， AN Songqi.Research on separation of the main components in Bayer red mud[J].Journal of Materials and Metallurgy，2014，13（1）：24-27，36.
12	龚家竹.中国钛白粉行业60年发展历程及未来发展趋势[J].无机盐工业，2020，52（10）：55-63，83.
	GONG Jiazhu.Future trend and development course of titanium dioxide pigment industry for sixty years in China[J].Inorganic Chemicals Industry，2020，52（10）：55-63，83.
13	朱容梅，陈葵，朱家文，等.外加晶种对钛白粉水解过程及其亮度的影响[J].无机盐工业，2019，51（2）：30-34.
	ZHU Rongmei， CHEN Kui， ZHU Jiawen，et al.Influence of crystal seeds amount on hydrolysis process of rutile titanium dioxide and its brightness[J].Inorganic Chemicals Industry，2019，51（2）：30-34.
14	王伟菁.熔盐法钛白清洁工艺中硫酸氧钛溶液的制备和水解机理的研究[D].北京：中国科学院大学.2014.
15	吴鹏辉，贾定田，许文杰，等.钛白副产物硫酸亚铁制备氧化铁黄[J].过程工程学报，2016，16（2）：310-316.
	WU Penghui， JIA Dingtian， XU Wenjie，et al.Preparation of iron oxide yellow with iron sulfate heptahydrate by-product from production of titanium dioxide[J].The Chinese Journal of Process Engineering，2016，16（2）：310-316.
16	张益都.硫酸法钛白粉生产技术创新[M].北京：化学工业出版社，2010.
17	杨林，易德莲，汪成，等.硫酸钛液稳定性分析及偏钛酸粒度控制研究[J].无机盐工业，2015，47（4）：26-29.
	YANG Lin， YI Delian， WANG Cheng，et al.Analysis on stability of titanium sulfate solution and metatitanic acid size control[J].Inorganic Chemicals Industry，2015，47（4）：26-29.
18	欧昌锐，刘联平，杨宛霖，等.硫酸钛水解法制备偏钛酸粉体[J].沈阳理工大学学报，2018，37（4）：49-52，91.
	Changrui OU， LIU Lianping， YANG Wanlin，et al.Preparation of titanic acid powders by hydrolysis of titanium sulfate[J].Journal of Shenyang Ligong University，2018，37（4）：49-52，91.
19	唐玉梅，何思祺，黄晨，等.高钛高炉渣酸浸液沸腾水解制备偏钛酸的过程动力学研究[J].化工矿物与加工，2022，51（1）：1-5.
	TANG Yumei， HE Siqi， HUANG Chen，et al.Study on the process kinetics for producing metatitanic acid by boiling hydrolysis of acid leaching liquor from high-titanium blast furnace slag[J].Industrial Minerals ＆ Processing，2022，51（1）：1-5.
20	黄晨，何思祺，唐玉梅，等.高钛高炉渣硫酸酸浸液沸腾水解制备二氧化钛的研究[J].钢铁钒钛，2021，42（3）：44-52，93.
	HUANG Chen， HE Siqi， TANG Yumei，et al.Preparation of titanium dioxide from acid leaching solution of high titanium blast furnace slag by boiling hydrolysis[J].Iron Steel Vanadium Titanium，2021，42（3）：44-52，93.
21	TIAN Congxue.A novel preparation of high purity TiO₂ from industrial low concentration TiOSO₄ solution via short sulfate process[J].Materials Science in Semiconductor Processing，2022，137.Doi：10.1016/j.mssp.2021.106166 . doi: 10.1016/j.mssp.2021.106166
22	何思祺.攀枝花高钛高炉渣有价组分提取分离原理与化学动力学研究[D].绵阳：西南科技大学，2020.
23	王明花，张华林，徐泗蛟，等.水在TiO₂表面的吸附研究进展[J].化学世界，2010，51（10）：635-638.
	WANG Minghua， ZHANG Hualin， XU Sijiao，et al.Progress of research of the adsorption of water on TiO₂ surface[J].Chemical World，2010，51（10）：635-638.
24	SATHYAMOORTHY S， MOGGRIDGE G D， HOUNSLOW M J.Particle formation during anatase precipitation of seeded titanyl sulfate solution[J].Crystal Growth & Design，2001，1（2）：123-129.
25	林华香，王绪绪，付贤智.TiO₂表面羟基及其性质[J].化学进展，2007，19（5）：665-670.
	LIN Huaxiang， WANG Xuxu， FU Xianzhi.Properties and distribution of the surface hydroxyl groups of TiO₂ [J].Progress in Che-mistry，2007，19（5）：665-670.
26	王子楠，陈葵，朱家文，等.晶种和盐处理剂对煅烧过程中二氧化钛晶型转变的影响[J].无机盐工业，2020，52（3）：45-50.
	WANG Zinan， CHEN Kui， ZHU Jiawen，et al.Effects of crystal seeds and salt dopants on phase transformation of TiO₂ in calcination process[J].Inorganic Chemicals Industry，2020，52（3）：45-50.
27	TSAKIRIDIS P E， OUSTADAKIS P， KATSIAPI A，et al.Synthesis of TiO₂ nano-powders prepared from purified sulphate leach liquor of red mud[J].Journal of Hazardous Materials，2011，194：42-47.
28	翟蔚然，徐宝强，陈思峰，等.不同气氛下偏钛酸脱水行为动力学研究[J].材料导报，2021，35（20）：20016-20021.
	ZHAI Weiran， XU Baoqiang， CHEN Sifeng，et al.Dehydration kinetics study on metatitanic acid in different atmosphere[J].Materials Reports，2021，35（20）：20016-20021.

组成	质量浓度/（g·L^-1）	组成	质量浓度/（g·L^-1）
Ti⁴⁺	4.10	SO₄^2-	139.24
Al³⁺	14.35	NH₄⁺	23.43
Fe³⁺	25.51	H⁺	0.12
Na⁺	10.16

[1]	王好芳. 磷酸钛铝锂基全固态金属锂电池界面稳定性研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(4): 72-77.
[2]	魏天顺, 纪利俊, 盛勇, 陈葵, 吴艳阳, 武斌. 高盐废水中硫酸铵和硫酸钠的分质结晶工艺研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(1): 102-106.
[3]	向梦琪, 孟华, 王烨, 孟宪章, 白宇航, 王余军垚, 张译丹. 钛石膏中铁浸出动力学及其酸浸循环工艺研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(1): 114-120.
[4]	宋智佳, 王岁岁, 匡勤. 空心二氧化钛掺杂铜提升光催化二氧化碳还原性能[J]. 无机盐工业, 2023, 55(8): 45-50.
[5]	肖勇, 贾雅梅, 关登, 周超洋, 汪晓勇, 彭红兵, 崔祥水, 徐玉松. 锡掺杂溴铅铯钙钛矿纳米晶的合成、结构及发光性能[J]. 无机盐工业, 2023, 55(6): 63-69.
[6]	兰蓥华, 陈艳梅, 马瑞霄, 张燕辉. 铈钛氧化物-凹凸棒土的制备及其光催化性能[J]. 无机盐工业, 2023, 55(4): 133-140.
[7]	王松, 王家伟, 勾碧波, 杨攀, 贺跃, 杨春元, 王海峰. 复盐结晶法对除菱锰矿浸出液中镁分配规律研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(4): 65-71.
[8]	王丽娟, 燕可洲, 郭志强, 赵仲鹤, 郭彦霞, 程芳琴. 钠盐活化赤泥-煤矸石酸浸液制备聚合氯化铝[J]. 无机盐工业, 2023, 55(4): 76-83.
[9]	黎雯, 王文祥, 方红生, 吴平霄. 硅铝添加剂对机械化学法稳定飞灰中重金属的影响机制研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(4): 84-91.
[10]	宋万仓, 臧甲忠, 乔宾, 岳思宇, 洪鲁伟, 李晨. 钛硅分子筛催化1-戊烯环氧化固定床工艺研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(3): 126-133.
[11]	彭爽, 陈朝轶, 王仕愈, 白杨, 李天培, 顾炜. 氯化钙熔盐中电解-刻蚀制备碳化钛衍生碳研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(3): 78-83.
[12]	徐文珍,李灿华,季洪峰,李子木,吴朝阳,李明晖. 赤泥在回收金属和建筑材料领域的研究进展[J]. 无机盐工业, 2023, 55(2): 10-18.
[13]	李松鸿,周松华,赵爱明,董文燕,姜春燕,曹阳,敖先权. 水/二氧化碳气氛下酒糟催化气化反应特性的研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(2): 132-140.
[14]	李宏渊,孟哈日巴拉. 金属卤化物钙钛矿量子点的制备及其光催化应用研究进展[J]. 无机盐工业, 2023, 55(2): 36-44.
[15]	鲁镜镜,谢燕,李宸,蒙梅,冯伦伟. 载镧磁化赤泥处理含磷废水的研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(2): 99-105.

首页

全国无机盐信息中心

中国化工学会

无机酸碱盐专业委员会

赤泥硫酸铵焙烧浸出液水解制备偏钛酸的研究

Study on preparation of metatitanic acid by hydrolysis of leaching solution of roasted mixture of red mud and ammonium sulfate

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 11

参考文献 28

相关文章 15

Metrics

本文评价

推荐阅读 0

首 页

赤泥硫酸铵焙烧浸出液水解制备偏钛酸的研究

Study on preparation of metatitanic acid by hydrolysis of leaching solution of roasted mixture of red mud and ammonium sulfate

RichHTML

PDF (PC)

可视化

引用本文

使用本文

首页