钛渣酸溶性好的原因分析

    在电炉熔炼的1600~1800℃的中温条件下，除铁的氧化物被还原外，还有相当数量的TiO₂被还原为低价钛的氧化物(只有在更高的温度下，TiO₂才被还原生成TiC和金属钛而溶于铁水中)。    在钛渣熔炼出炉后的冷却结晶过程中，大部分钛的氧化物与其他碱性较强的金属氧化物化合形成二钛酸盐(如FeO·2TiO₂、MgO·2TiO₂、MnO·2TiO₂)，并与A1₂O₃·TiO₂、Ti₃O₅等形成黑钛石固熔体。也有少量偏钛酸盐等形成塔基石固熔体，还有少量钛的氧化物进入硅酸盐玻璃体。钛渣熔体在空气中冷却时，其中部分低价钛还会被氧化生成游离TiO₂,当这种氧化发生在温度>750℃时，氧化产物主要是金红石型TiO₂。生成了金红石型TiO₂，就不能被硫酸所溶解。因此生产酸溶性钛渣，很重要的一点是在高温期尽量让其保持在还原气氛，不让空气氧化。    钛渣酸溶表明，黑铁石固熔体的钛氧化物最易溶于硫酸，金红石型TiO₂不溶于硫酸。因此作为酸溶性钛渣应满足以下几点：①应含有适量的助溶杂质(主要是FeO和MgO)以及一定量的Ti₂O₃，以使钛的氧化物尽可能存于黑钛石固熔体中；②在工艺上采取喷水冷却，可防止高钛渣与空气接触氧化生成不溶于硫酸的金红石型TiO₂,同时也可加快冷却速度。一般温度在＜750℃时，其钛的氧化产物为锐钛型TiO₂，而不是金红石型TiO₂；③像前独联体那样，在熔炼后期加入废钛屑，提高钛渣的还原度，避免高温被氧化成金红石型TiO₂。    经分析攀枝花矿酸溶性钛渣物相表明，其渣中钛氧化物90％以上进入黑钛石固熔体中，有4%~7%进入硅酸盐相，有1%左右以金红石型TiO₂形式存在。    钛渣中的Fe²⁺、Mg²⁺、Mn²⁺、Al³⁺为形成黑钛石固熔体提供了必要的二价和三价金属离子，它们具有稳定该固熔体的作用。其中FeO·2TiO²和MgO·2TiO²是最易溶于硫酸的，即FeO和MgO具有促进钛渣中钛氧化物溶于硫酸的作用，是酸溶性钛渣不可缺少的助溶杂质。这两种氧化物增加了钛渣与硫酸的反应热，反应式如下：                            FeO+H₂SO₄===FeSO₄+H₂O+113.4kJ/mol                            MgO+H₂SO₄===MgSO4+H₂O+163.8kJ/mol    经计算，攀枝花矿钛渣与硫酸的反应热比砂状钛铁矿(含TiO251%)只低15％左右。MgO是攀枝花矿钛渣与硫酸反应的重要热量来源，它占全部反应热的42％左右。在酸解攀枝花矿钛渣时，当加热蒸汽压力>0.6MPa时，其反应速率较快，反应最高温度可达200℃左右。攀枝花矿钛渣具有良好的反应性能，可满足硫酸法钛白生产的要求。    我国一些研究和生产单位曾研制成酸溶性好的钛渣，其TiO₂含量达75%~78%，当TiO₂含量超过80％时，酸溶性便大为下降。一般使用品位高的钛渣时，需要使用更浓的硫酸才能使其酸解。用两广钛铁矿和用攀枝花钛精矿都能炼制出酸溶性好的钛渣。上海东升钛白粉厂曾在年产2000吨硫酸法钛白生产装置上，完成了用南方流程生产的酸溶性好的钛渣制取出BA-0101型钛白粉。