钢铁工业是支撑国家发展和经济建设的脊梁，也是反映一个国家综合实力的重要标志。然而，钢铁工业也是最大的固体废弃物排放源之一，主要包括高炉渣和钢渣。目前，攀西地区含钛高炉渣堆存量已达1亿吨，且每年增量万吨，含钛高炉渣的堆放不仅占用大量土地还浪费宝贵的钛资源。由于含钛高炉渣中TiO2弥散于多个含钛物相中（钙钛矿、富钛透辉石、低价钛等），且含钛物相晶粒细小，导致其综合利用困难。
绿矾（主要成分为FeSO4·7H2O）是以钛铁矿为原料经硫酸法生产钛白所排放的固体废弃物之一。绿矾中含有锰、钙、铝、镁、钛、锌等杂质，需要采用重结晶等复杂工序进行提纯，成本较高。通过绿矾热分解的方法制酸，能耗较高，制酸成本高于现有的硫磺制酸。随着钛白粉行业的快速发展，副产物绿矾的利用问题亟待解决。
近日，重庆大学弘深青年教师刘维燥在矿产保护与利用期刊上发表了题为"含钛高炉渣/绿矾协同焙烧富集金红石机理研究"的研究文章，研究采用含钛高炉渣和绿矾两种固体废物为原料，提出了一种硫酸化焙烧富集金红石的新工艺，实现了两种固废的共同处置。文章信息
含钛高炉渣/绿矾协同焙烧富集金红石机制研究（点击题目阅读原文）
刘维燥，何民宇，刘清才，张强*
引用本文
LIUWeizao，HEMinyu，LIUQingcai，ZHANGQiang．Studyonthemechanismofrutilebeneficiationbyroastingtitanium－bearingblastfurnaceslagwithcopperas［J］.ConservationandUtilizationofMineralResources，，42(3):75－81．
DOI:10./j.cnki.issn-..03.
文章亮点
1.含铁使用含钛高炉渣和绿矾两种固体废物作为原料，提出了以废治废同时实现金红石富集的新方法。2.系统地研究了工艺参数对含钛高炉渣富集过程的影响，在最优条件下，含钛高炉渣中钛的转化率达98%，富集后金红石含量约为8.6%。3.研究发现，加入Na2SO4促进了熔融Na3Fe(SO4)3的形成，熔融物能够渗透含钛高炉渣内部进行硫酸化反应，气液固相反应显著加速了钛的富集过程。内容简介
含钛高炉渣和绿矾是以钒钛磁铁矿为原料经选矿后冶炼生铁和二氧化钛工艺中排出的两种主要固体废弃物，上述两种固废的共同处置对钛铁工业的发展具有重要意义。本文采用含钛高炉渣和绿矾为原料，提出了一种富集金红石的新工艺。
含钛高炉渣和绿矾经过共焙烧，其中绿矾热分解为二氧化硫和三氧化二铁，进而二氧化硫和含钛高炉渣中的钙钛矿及含钛辉石发生硫酸化反应，钙镁组分转化为硫酸盐，而钛组分被富集为金红石。系统地研究了工艺参数对含钛高炉渣富集过程的影响。研究发现，加入Na2SO4可以显著提高Ti的富集效率。在最优条件下，即绿矾与含钛高炉渣质量比2、硫酸钠添加量为10%、焙烧温度为°C、保温时间4h，含钛高炉渣中钛的转化率达98%，富集后金红石含量约为8.6%，后续可通过浮选进一步富集。Na2SO4的加入促进了熔融Na3Fe(SO4)3的形成，熔融物能够渗透含钛高炉渣内部进行硫酸化反应，气液固相反应加速了钛的富集过程。图片精选
(a)优化前闪锌矿表面(b)理想闪锌矿表面(c)低铁闪锌矿表面(d)高铁闪锌矿表面
图1焙烧温度(a)、物料比(b)、保温时间(c)和添加剂(d)对钙钛矿转化率和绿矾分解率的影响
焙烧温度和物料比对钛转化效率的影响比较大，而焙烧时间的影响小。为继续提升钛转化率，考察不同添加剂对钛转化率的提升效果，发现Na2SO4能显著提高钛的转化效率，而且用过的Na2SO4可以通过蒸发和碳化后的结晶实现回收。
图2不同焙烧温度和物料比影响下焙烧渣的XRD谱图
XRD结果证实，低温下钛转化率低的原因是由于部分绿矾没有被完全分解，参与反应的SO2气体较少。同样地，当物料比超过2.5︰1时，绿矾的分解率开始下降，XRD出现硫酸铁的衍射峰，这证实绿矾过量导致硫酸铁没有完全分解。
图3(a)不同的硫酸钠添加量对含钛高炉渣、钙钛矿转化率和绿矾分解率的影响和(b)不同焙烧条件下焙烧渣的XRD谱图
加入硫酸钠后，CaTiO3和含钛高炉渣的Ti转化效率明显提高。当硫酸钠的质量含量为5%时，CaTiO3中Ti的转化效率从71%上升到93%，而含钛高炉渣中Ti的转化效率从53%上升到75%。随着Na2SO4用量的继续增加，含钛高炉渣中Ti的转化效率迅速提高，在加入10%Na2SO4后达到98%，研究发现当加入10%的Na2SO4时，出现了一个Na3Fe(SO4)3的新相。
图4未添加(a)和添加10%Na2SO4(b)时焙烧样品SEM图像
加入Na2SO4后，棒状Fe2O3似乎被镶嵌在熔融物质上，熔融物质推断为XRD衍射峰中发现的Na3Fe(SO4)3。在没有Na2SO4参与的反应中，主要为气固反应；加入Na2SO4后，由于熔融的Na3Fe(SO4)3生成促进反应转变为气液固多相反应，熔融的Na3Fe(SO4)3能侵蚀含钛高炉渣内部未反应核，从而促进反应的进行。
图5加入10%Na2SO4焙烧渣的EDS元素分布图
加入Na2SO4后含钛高炉渣焙烧样品的背散射表明从外层到内芯的核壳结构是CaSO4、TiO2和未反应的钙钛矿/含钛辉石。同时，钠在外层和内核都有分布，说明熔融的Na3Fe(SO4)3可以渗透到内核，与未反应的含钛高炉渣反应，从而大大促进了反应。
作者介绍
刘维燥，中国硅酸盐学会固废与生态材料分会理事会青年工作委员会委员，中国化工学会会员，湿法冶金、矿产保护与利用杂志青年编委。主要从事工业固废资源化利用及无害化处理、二氧化碳捕集与矿物封存技术、工业烟气污染物减排的研究；近年来主持国家自然科学基金项目一项，中国博士后科学基金两项，重庆市自然科学基金一项；到目前为止，以第一/通讯作者发表SCI/EI论文40余篇，其中有2篇进入了ESI高被引论文，授权发明专利10余项。研究成果“复杂燃煤烟气多污染物协同脱除关键技术与应用”获得中国产学研合作创新成果二等奖。
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专题策划
年拟组织的专题有：
第5期：石英矿物资源的分离提纯及材料化应用技术专题（10月份刊发，收稿截至9月15日）主要涉及石英矿物资源的工艺矿物学研究，高纯石英的分离提纯技术，石英与长石等矿物的分离技术，石英的材料化应用等。
客座主编：中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所赵恒勤研究员、成都理工大学汪灵教授、西南科技大学孙红娟教授、中南大学欧阳静教授、武汉理工大学李育彪教授、中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所刘磊研究员。
第6期共伴生矿产与尾矿综合利用技术专题（12月份刊发，收稿截至11月15日）内容主要涉及共伴生金属/矿产的综合利用，以及金属矿/非金属矿尾矿、煤矸石等的综合利用技术。客座主编：长沙矿冶研究院陈雯教授、昆明理工大学童雄教授、西安科技大学李振教授、商洛学院崔孝炜教授、中国地质大学段平副教授、苏州中材非金属矿工业设计研究院有限公司程飞飞高级工程师。
年拟组织的专题有：
第1期：国家自然科学基金专题（2月份刊发，收稿截至1月10号）主要报道矿物分离过程精准调控、矿产资源清洁高效提取、矿冶绿色分离科学与工程新理论、新方法与新技术等相关基金项目的最新研究成果，尤其重点报道交叉学科和新方法、新理论的探索。
客座主编：国家自然科学基金委员会朱旺喜研究员、中南大学孙伟教授、中南大学赵中伟教授、广西大学陈建华教授、中国矿业大学（北京）邓久帅教授。
第2期：浮选药剂的设计、合成与应用（4月份刊发，收稿截至3月10号）主要报道新型硫化矿/氧化矿捕收剂、新型硫化矿/氧化矿抑制剂、脉石抑制剂、浮选药剂分子设计与合成的新方法和新理论、新型浮选药剂的应用等。
客座主编：中南大学刘广义教授、东北大学刘文刚教授、青岛科技大学张行荣教授、昆明理工大学刘建教授、郑州大学范桂侠副教授、中南大学马鑫副教授。
期刊简介
《矿产保护与利用》期刊年创刊，是由中国地质调查局主管、中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所主办的科技双月刊，是中国科技核心期刊。知网综合影响因子为1.，复合影响因子1.，设有矿物加工工程、冶金工程、矿物材料、矿山环境、综合评述等栏目。RCCSE中国核心学术期刊（A-），入选有色金属学会评定的有色金属领域高质量期刊T2级别，《日本科学技术振兴集团（中国）数据库》（JSTChineseScienceTechnologyliteraturedatabase，JSTChina）收录期刊。
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