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钛铁矿电炉熔炼生产的钛渣占到富钛料的70%以上,主要因其工艺流程短、产能大,三废量小,在国内外得到广泛应用。但钛渣杂质含量高,不能满足氯化法生产钛白对原料的要求,需对钛渣进行富集提纯。本文以攀钢电炉钛渣为原料,综合运用冶金热力学和动力学原理及扫描电镜、X-射线衍射、X-射线荧光光谱、粒度分析仪等现代检测技术手段,对攀钢电炉钛渣的矿物学特征及氧化-还原、酸浸、碱浸行为进行了系统研究,开发出了基于氧化-还原改变钛渣矿物结构,酸浸、碱浸除杂制备富钛料的新工艺。论文主要结论如下:(1)攀钢电炉钛渣Ti02的含量为72.84%,Fe、Si、Mg、Al、Ca等杂质含量较高,其中CaO+MgO达6.99%。主要物相为黑钛石和硅酸盐,硅酸盐呈长条状嵌布在黑钛石中。黑钛石化学组成为:(Fe0.143Mn0.020Mg0.171)·(Ti1.212Al0.184)2O5,杂质Mg、Al、Fe、Mn主要固溶在黑钛石中。(2)钛渣氧化焙烧研究表明,1000℃氧化焙烧,低价Ti氧化为TiO2,低价Fe氧化为Fe2O3、Fe2TiO5。主要物相组成为:Fe2TiO5-MgTi2O5固溶体、金红石、硅酸盐、SiO2、赤铁矿。SEM和XRD分析表明,高温氧化破坏了黑钛石的结构,部分硅酸盐分解生成游离态SiO2,Fe在钛渣颗粒边缘有明显汇聚。(3)钛渣氧化动力学表明,钛渣氧化过程符合未反应核模型。695K～800K,钛渣氧化过程受界面化学反应控制;800K～1050K,为界面化学反应和内扩散混合控制;1000K～1200K,氧化作用受氧通过产物层的扩散过程控制。(4)氧化钛渣还原焙烧研究表明,还原温度低于800℃,物相组成为:金红石、FeTi2O5-MgTi2O5固溶体、SiO2、硅酸盐;还原温度在800℃～900℃,物相组成为:金红石、钛铁矿、FeTi2O5-MgTi2O5固溶体、SiO2、硅酸盐;还原温度高于900℃,物相组成为:金红石、黑钛石、SiO2、硅酸盐。还原气氛下,赤铁矿与金红石可生成钛铁矿。氧化钛渣还原焙烧浸出除杂,能明显提高TiO2品位。CO还原预氧化钛渣,酸浸除杂,TiO2品位可提高到87%;碳粉还原预氧化钛渣,酸浸、碱浸除杂,TiO2品位可提高到90%以上。(5)还原钛渣的酸浸研究表明,加压酸浸,Ti02的品位可提高到85%左右,表明FeTi03和FeTi2O5-MgTi2O5中Fe、Mg及固溶的杂质可溶于盐酸。酸浸除杂最佳的实验条件为:盐酸浓度20%(质量分数),液固比8:1,酸浸温度165℃,浸出时间9h,钛渣平均粒度120μm。杂质浸出率由高到低的顺序为:Fe203>MgO>MnO>Al2O3>CaO>SiO2,Fe2O3、MgO 的浸出率均高于 70%,MnO、A1203、CaO的浸出率高于50%,SiO2的浸出率低于5%,酸浸对除Si02的效果不好。物相分析表明,酸浸钛渣主要物相为:金红石、硅酸盐和SiO2。(6)酸浸钛渣碱浸研究表明,常压碱浸,可以有效的破坏硅酸盐结构,溶出钛渣中的Si、Al,将钛渣的品位提高到90%以上,且(CaO+MgO)%<1.5%。碱浸钛渣经酸洗后,Ti02品位可提高到95%左右,CaO+MgO低于1%的优质富钛料。物相分析表明,碱浸钛渣主要物相为金红石。(7)钛渣氧化-还原浸出除杂制备优质富钛料新工艺,可以高效利用攀钢电炉钛渣制备TiO2含量>95%、粒度适宜的优质富钛料。工艺过程可实现废酸的循环利用,对环境污染小。