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本研究为国家自然科学基金委青年科学基金“熔盐强化钛铁矿固态还原的基础研究”项目(批准号:50504018)资助课题。还原锈蚀法具有环境友好、成本低等优点,是钛铁矿制取富钛料的有效方法之一,但此法锈蚀生产过程效率低。我国采用还原锈蚀法制取富钛料的研究中,没有从根本上解决上述问题,使得该方法未能在我国获得应用。本论文以我国攀西贮量丰富的钛铁矿为原料,以解决采用还原锈蚀法制取富钛料中锈蚀生产效率低为目的,综合运用热力学、动力学、电化学理论及光学显微镜和扫描电镜等现代微观测试技术,系统研究了还原钛铁矿锈蚀行为及影响还原钛铁矿锈蚀法铁钛分离效率的主要控制性因素,并在此基础上对强化还原钛铁矿锈蚀法铁钛分离效率和锈蚀产物的利用进行了研究,取得了以下主要结论:(1)氯化铵体系下,影响还原钛铁矿锈蚀法铁钛分离的诸多因素中,还原钛铁矿的制备条件、还原钛铁矿的粒度、液固比、通气速率、反应温度的影响较为显著,适宜的锈蚀条件为还原温度1100℃、还原时间120min,原料粒度为-0.1mm,氯化铵1.6%,搅拌速率600r/min、温度70℃,通气速率5×103L·min-1·m-3,液固比10:1,在反应时间6h时,获得的富钛料中TiO2可达到64.92%,回收率在95%以上。(2)对氯化铵体系下还原钛铁矿锈蚀过程动力学研究结果表明,锈蚀反应过程受界面化学反应控制,锈蚀反应活化能为82.69kJ/mol。对影响还原钛铁分离效率的因素分析表明,氯化铵体系下还原钛铁矿锈蚀过程中不存在“原位锈蚀”,影响还原钛铁矿锈蚀法钛铁分离效率的主要控制性环节是金属铁的锈蚀反应速率过程。(3)金属铁锈蚀电化学研究表明:铁在氯化铵体系中锈蚀为显著受阴极反应控制;pH值降低有利于氧化反应的进行;体系中杂质元素Ca2+、Mg2+增加金属铁锈蚀反应的难度,而生成物Fe(OH)3降低锈蚀电流密度,减小金属铁锈蚀反应速率。(4)强化还原钛铁矿锈蚀速率过程的研究表明:盐酸和纯氧具有强化还原钛铁矿锈蚀速率过程的作用。对盐酸强化还原钛铁矿锈蚀速率过程的动力学研究表明,添加盐酸可使锈蚀反应活化由82.69kJ/mol降低到24.14kJ/mol。强化还原钛铁矿锈蚀法钛铁分离效率的适宜条件为:原料粒度-0.1mm、温度70℃、氯化铵1.6%、盐酸4%、搅拌速率600r/min、通氧速率5×103L·min-1·m-3、液固比10:1,在锈蚀反应时间2h时,获得富钛料中TiO283.67%,回收率在95%以上。(5)对还原钛铁矿锈蚀产物利用进行了研究,研究结果表明:锈蚀法获得的富钛料可通过酸浸法除杂进一步提升TiO2的品位,酸浸法除杂的适宜条件为:氟化氢铵0.5%、硫酸浓度为10%、液固比6:1、搅拌速率600r/min、酸浸温度95℃、酸浸时间1.5h、水解时间1h,最终所得富钛料品位91.08%;锈蚀法副产品铁红可用做高炉炼铁原料或颜料;锈蚀矿浆采用中和法将杂质离子沉淀、回收、净化处理后循环利用。