简述钛铁矿还原的新技术-修.doc

钛铁矿还原新技 摘要：我国钛铁矿资源储量丰富，综合利用钛铁矿中的钛和铁已成为国内外开发利用天然钛铁矿的重要发展方向。本文将介绍用机械球磨，原位合成，燃烧合成和微波等离子体化学气相沉积法等新技术处理钛铁矿，并对比这些新技术还原钛铁矿的基本原理、在应用过程中存在的问题及发展前景。 关键词：钛铁矿 还原技术 原理 发展前景 钛铁矿资源在全世界储量极为丰富，我国钛铁矿资源约占世界钛储量的48%，遍布全国20个省内，既有岩砂，也有矿砂，其中岩矿占大部分。岩矿主要分布在广东、广西和海南沿海一带。[1-2]我国虽属钛资源大国，但因钛矿丰度小，开采难度大，生产技术水平不高等种种原因，现阶段可用钛资源仍属短缺 [3]。如何高效的利用钛铁矿资源已成为国内外许多学者的研究热点。 钛铁矿（FeTiO3）属刚玉型结构的衍生结构，一般TiO2含量约为52.65%，FeO为47.4%。目前在钛铁矿资源的利用方面，主要是硫酸法和氯化法生产金红石、钛白及海绵钛[4-6]， Y.Chen等[7-10]在通过机械球磨的方法还原钛铁矿方面做了深入研究，而采用原合成技术和燃烧合成技术来制备复合材料已成为当前国内外学者的研究热点，也有学者以钛铁矿为原料，通过纳米碳管的合成及微波强制碳化两步处理制备纳米碳管复合粉体材料，并取得了一定的成果[11-12]。本文将概括介绍用机械球磨，原位合成，燃烧合成和微波等离子体化学气相沉积法等新技术处理钛铁矿，并对比介绍这些新技术还原钛铁矿的基本原理、在应用过程中存在的问题及发展前景。 1. 机械球磨法 固体颗粒在机械力的作用下，不仅颗粒的与传统上新物质的生成、晶型转化或晶格变形都是通过高温（热能) 或化学变化相比。机械能直接参与或引发了化学反应是一种新思路。 机械球磨法的基本原理是利用机械能来诱发化学反应或诱导材料组织、结构和性能的变化，以此来制备新材料。作为一种新技术，它具有明显降低反应活化能、细化晶粒、极大提高粉末活性和改善颗粒分布均匀性及增强体与基体之间界面的结合，促进固态离子扩散，诱发低温化学反应，从而提高了材料的密实度、电、热学等性能，是一种节能、高效的材料制备技术[]。前景。 尺寸逐渐变小，比表面积不断增大，其内部结构、物理化学性质以及化学反应也会发生变化[13]。Y.Chen等人[9]用机械球磨法将钛铁矿和硫磺按质量比为6：2.5的比例在真空环境下实验，基本原理如下： a.室温下在真空环境中球磨过程：2FeTiO3+4S→2FeS+2TiO2+O2 b.400℃下在氩气保护环境中退火过程：2FeTiO3+4S →2FeS+2TiO2+O2 c.600℃下在氩气保护环境中退火过程：9FeS→Fe9S10+8S 经上述处理后的药品，在室温下用盐酸、干燥得到TiO2粉末。 尽管这种方法可以降低反应温度，但在工业生产中，反应所需的真空及氩气环境成本较高，所以是不可行的。为此，Ying Chen[8]以钛铁矿为原料，室温下在真空环境中进行机械球磨，其操作基本原理如下： 球磨过程：6 FeTiO3+3/2O2→2 Fe2Ti3O9+Fe2O3 退火过程：4FeTiO3+O2→Fe2Ti3O9+Fe2O3+ TiO2 酸化处理，干燥得到TiO2粉末 这种操作虽然简单，可实验过程中并没有提到对钛铁矿中铁的利用。 Y.Che [14]分别用Si,Ti,Al和Zr与钛铁矿混合,采用高能机械球磨技术进行实验,实验结果表明Si、Al添加剂与钛铁矿的还原反应相似,除了Si添加剂中生成无定性的SiO2外,而Al和Zr 添加剂与前者则不同,它们在球磨过程中没有生成稳定的氧化物,而是多种元素的无定形相。随后Y.Chen等[7]将钛铁矿与活性炭按1：4的比例混合，室温下在真空环境中球磨400h后，在760℃的高温下反应30min就可以使反应充分进行，并得到TiO2和α-Fe。在此基础上，Y.Chen等人[26]以钛铁矿和石墨为原料，通过真空机械球磨技术进行实验，并说明在不同的反应温度下会得到不同的钛化物，其中，低温下得到TiO2和α-Fe，高温下得到TiC+α-Fe。单纯使用机械球磨技术尽管能使得反应发生，但反应速度慢、效率低，从而使机械球磨在工业的发展前景受限。目前，已有许多学者为了解决这一难题将机械球磨技术与其它一些结合起来使用。D.Pnshop 、A.Calka[15]通过放电球磨技术，即高能球磨结合放电等离子体技术（EDAMM）分别在氧气和惰性气氛中还原钛铁矿，在实验过程中发现，钛铁矿在惰性气氛中不可以分解，而在氧化气氛中可以很快的分解并得到TiO2 。李雨等人[25]以钛精矿和石墨为原料，使用球磨活化与微波低温还原技术快速的得到TiO2 ，并表明被活化的物料有良好的微波吸收性能和还原效应。Mansour Razavi 等人[28]以钛