论文部分内容阅读
脱硅是高硅冶金渣（及矿物）湿法资源化过程中棘手的传统命题,其本质原因在于:溶出的硅酸分子存在复杂的聚合胶凝行为。而攀枝花地区的含钛高炉渣作为我国典型难处理的高硅冶金渣,使我国成为全球最大的二次钛资源拥有国,由于有价值组元“Ti”赋存于不同的硅酸盐矿物之中,以及不同矿物相之间存在复杂的相互嵌布关系,使得我国存量巨大的含钛高炉渣的综合利用至今未能得到有效的解决,不仅造成资源的浪费,而且产生严重环境污染问题。因此,基于直接提取渣中目标组分的探索,本论文以难处理高硅冶金渣-含钛高炉渣为研究对象,设计渣中的钙钛矿Ca Ti O3为目标组分,通过创造适宜的物理化学条件对渣进行热态改性,同时实现硅酸盐矿物的重构及有价组元在目标组分的富集;查明硅酸盐矿物重构与目标组分富集析出的相互作用;阐明硅酸盐矿物的成分、形态及矿相组成对酸溶性硅酸盐矿物在溶液中定向迁移规律的影响;运用核收缩模型（SCM）,探明硅酸盐矿物的直接酸解行为,揭示酸溶出硅酸聚合和目标组分解离的控制机制,实现目标组分与硅酸盐矿物的高效分离。主要研究内容及成果如下:（1）添加NaNO3、Na2SO4、Na OH、Na2CO3四种不同的改性剂对模拟含钛高炉渣改性,考察了淬冷温度、改性剂含量对钙钛矿的富集长大以及硅酸盐矿物重构的影响。研究结果表明:改性促进钙钛矿的富集长大,形成易被酸溶解的硅酸盐矿物（铝硅酸盐、无定型硅酸盐、镁橄榄石、钙镁橄榄石、镁硅酸盐）,在30%NaNO3 1250℃淬冷条件下,得到最大的钙钛矿含量和尺寸,分别为53%和83.3μm,钙钛矿的析晶过程受晶体成核和生长阶段共同控制。（2）通过酸浸实验,研究了不同条件对钙钛矿的提取以及硅酸盐解离的影响。研究结果表明:添加30%NaNO3 1250℃淬冷条件下,可形成能被稀盐酸完全溶解的晶相硅酸盐(Al46.40Si17.60Na43.89O128.00)和无定型硅酸盐,酸浸渣中钙钛矿含量可达到88.3%和1.4%SiO2,钙钛矿的回收率可达到55%。适宜的浸出条件:浸出温度25℃,盐酸浓度8%,渣酸比1g:15ml。通过实验判定酸浸过程符合核收缩模型,浸出过程受界面传质和固体产物层扩散混合控制,动力学方程为（1/3）ln（1-x）+（1-x）-1/3-1。根据阿伦尼布斯公式,求得Si的浸出表观活化能为17.23k J/mol。（3）以30%NaNO3对攀钢含钛高炉渣进行热态改性,其结果与改性模拟渣相似,均能对渣中的硅酸盐矿物进行有效的解离,酸浸渣中SiO2的品位1.28%,钙钛矿的含量和回收率分别为77.79%和46.45%。综上所述,本课题的研究成果不仅可以为含钛高炉渣中目标组分的直接提取提供理论基础,开辟该类渣直接材料化新途径,破解硅酸聚合胶凝难题,并且对低品位高硅冶金渣的资源化利用具有重要借鉴意义。