932 北京科技大学学报 第34卷 除高炉治炼流程外，直接还原工艺在综合处理 位相吻合.本实验所用含钛电炉熔分渣中的钛主要 攀枝花钒钛磁铁矿时有很大的技术优势，由此产生 赋存于重钛酸镁中，而含钛高炉渣中的钛则主要存 的含钛电炉熔分渣也越积越多.含钛铁矿石经直接 在于攀钛透辉石与富钛透辉石等中 还原（是指在低于熔化温度之下，将铁矿石还原成 海绵铁的炼铁生产过程)后，再放入电弧炉进行熔 分，原料中的Fe、V进入铁液中，Ti进入渣中形成含 钛电炉熔分渣，渣中的二氧化钛质量分数达到51% 左右.由于含钛电炉熔分渣的成分复杂，杂质多，且 含钛矿相较多，至今不能充分利用，造成极大的资源 MgA1,0.01-075-1798) 浪费和环境污染. 目前含钛高炉渣的基础性研究己经比较成熟， Mg10,Ti,00-050-1517) 但针对含钛电炉熔分渣的研究目前还较少，在机理 20 30 40 50 60 研究以及工艺参数确定方面仍有大量的工作需要完 28) 成.雷霆等可开发了一种用电炉钛渣制取富钛料的 图1电炉熔分渣的X射线衍射图 工艺方法，利用含二氧化钛质量分数为28%~87% Fig.1 XRD patters of electric furnace molten slag 的电炉渣经三次液固分离制成富钛料（二氧化钛质 表1电炉熔分渣主要化学成分（质量分数） 量分数在90%以上)，但操作流程复杂并且得到的 Table I Main chemical compositions of electric furnace molten slag 产品纯度不高.蒋训雄等圆提出了一种钛渣生产人 % 造金红石的方法，涉及一种以电炉、高炉等熔炼出的 TiOz Mgo A20 SiOz CaO 钛渣为原料，在经过碱焙烧一水洗涤一盐酸浸出工艺 50.93 12.26 18.93 5.39 4.00 制备人造金红石的方法，该发明工艺和设备相对简 单，但只能制备粒级较大的二氧化钛，经济价值不 另外与高炉渣相比，本实验所用含钛电炉熔分 高.本课题组对于含钛电炉熔分渣的综合利用己有 渣中，钛和铝的含量明显要高，而钙、硅的含量则要 了较深入的研究，提出了渣碱共融法等方法回 低.含钛高炉渣中所含钛和铝折合成Ti02和AL,03, 本文提出一种在水热条件下，从电炉熔分渣中 其质量分数约为22%和13%，Ca0和Si02质量分数 制备纳米片状结构二氧化钛光催化材料的方法，为 分别约为26%和23%；而电炉熔分渣中Ti02和 含钛电炉熔分渣的综合利用提供了一条新的途径. A山，0，的质量分数分别为51%和19%，Ca0和Si02 实验中探讨了水热反应时间、水热温度以及碱液浓 质量分数分别约为4%和5%. 度对从渣中分离提取二氧化钛的纯度、结晶程度以 1.2实验仪器及试剂 及微观形貌的影响，并制备得到了纳米片状结构二 实验仪器：DL一101电热恒温鼓风干燥箱， 氧化钛光催化剂，初步研究了其光降解性能 PL20O2电子天平，DHT型搅拌恒温电热套，超声清 1实验部分 洗机，KSW5-12A马弗炉，78HW-1型磁力搅拌器 1.1实验原料 (东莞市塘厦宏星仪器厂)，RJ-TDL-50A型低速台 本实验采用的原料为攀钢含钛电炉熔分渣，其 式离心机，CHF-XM-500W氙灯高亮度点光源平行 矿相特征及具体成分如图1及表1所示.由图1可 光源系统（北京畅拓科技公司），光化学反应器（北 知：实验原料在20=18.9°、31.2°、36.7°、44.6°、 京畅拓科技公司)，UV-2100型分光光度计(（上海尤 59.1°和64.9°出现较强的衍射峰，这些衍射峰与 尼科仪器有限公司)，D/max-2500型X射线衍射仪 MgAL,0,的X射线衍射标准卡片(01075-1798)的 (日本Rigaku公司)，Supra--55型场发射扫描电镜 (111)、(220)、(311)、(400)、(511)和(440)晶面的 (德国Zeisss公司) 衍射峰位相吻合；另外产物在20=17.8°、25.4°、 实验试剂：实验用水为去离子水，采用的其他化 32.6°、41.2°、46.1°、48.5°、52.3°、55.3°和56.2°出 学药品均为分析纯级 现的衍射峰，与Mg1.20,Ti1.s的X射线衍射标准卡片 1.3实验流程 (00-0501517)的(002)、(110)、(023)、(042)、 本实验采用的原料为攀钢含钛电炉熔分渣（二 (043)、(200)、(134)、(006)和(152)晶面的衍射峰 氧化钛质量分数约51%)，分离剂为氢氧化钠溶液.北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 除高炉冶炼流程外，直接还原工艺在综合处理 攀枝花钒钛磁铁矿时有很大的技术优势，由此产生 的含钛电炉熔分渣也越积越多． 含钛铁矿石经直接 还原( 是指在低于熔化温度之下，将铁矿石还原成 海绵铁的炼铁生产过程) 后，再放入电弧炉进行熔 分，原料中的 Fe、V 进入铁液中，Ti 进入渣中形成含 钛电炉熔分渣，渣中的二氧化钛质量分数达到 51% 左右． 由于含钛电炉熔分渣的成分复杂，杂质多，且 含钛矿相较多，至今不能充分利用，造成极大的资源 浪费和环境污染． 目前含钛高炉渣的基础性研究已经比较成熟， 但针对含钛电炉熔分渣的研究目前还较少，在机理 研究以及工艺参数确定方面仍有大量的工作需要完 成． 雷霆等［7］开发了一种用电炉钛渣制取富钛料的 工艺方法，利用含二氧化钛质量分数为 28% ～ 87% 的电炉渣经三次液固分离制成富钛料( 二氧化钛质 量分数在 90% 以上) ，但操作流程复杂并且得到的 产品纯度不高． 蒋训雄等［8］提出了一种钛渣生产人 造金红石的方法，涉及一种以电炉、高炉等熔炼出的 钛渣为原料，在经过碱焙烧--水洗涤--盐酸浸出工艺 制备人造金红石的方法，该发明工艺和设备相对简 单，但只能制备粒级较大的二氧化钛，经济价值不 高． 本课题组对于含钛电炉熔分渣的综合利用已有 了较深入的研究，提出了渣碱共融法等方法［9］． 本文提出一种在水热条件下，从电炉熔分渣中 制备纳米片状结构二氧化钛光催化材料的方法，为 含钛电炉熔分渣的综合利用提供了一条新的途径． 实验中探讨了水热反应时间、水热温度以及碱液浓 度对从渣中分离提取二氧化钛的纯度、结晶程度以 及微观形貌的影响，并制备得到了纳米片状结构二 氧化钛光催化剂，初步研究了其光降解性能． 1 实验部分 1. 1 实验原料 本实验采用的原料为攀钢含钛电炉熔分渣，其 矿相特征及具体成分如图 1 及表 1 所示． 由图 1 可 知: 实 验 原 料 在 2θ = 18. 9°、31. 2°、36. 7°、44. 6°、 59. 1°和 64. 9° 出现较强的衍射峰，这些衍射峰与 MgAl2O4的 X 射线衍射标准卡片( 01--075--1798) 的 ( 111) 、( 220) 、( 311) 、( 400) 、( 511) 和( 440) 晶面的 衍射峰位相吻合; 另 外 产 物 在 2θ = 17. 8°、25. 4°、 32. 6°、41. 2°、46. 1°、48. 5°、52. 3°、55. 3°和 56. 2°出 现的衍射峰，与 Mg1. 2O5Ti1. 8的 X 射线衍射标准卡片 ( 00--050--1517 ) 的 ( 002 ) 、( 110 ) 、( 023 ) 、( 042 ) 、 ( 043) 、( 200) 、( 134) 、( 006) 和( 152) 晶面的衍射峰 位相吻合． 本实验所用含钛电炉熔分渣中的钛主要 赋存于重钛酸镁中，而含钛高炉渣中的钛则主要存 在于攀钛透辉石与富钛透辉石等中． 图 1 电炉熔分渣的 X 射线衍射图 Fig． 1 XRD patterns of electric furnace molten slag 表 1 电炉熔分渣主要化学成分( 质量分数) Table 1 Main chemical compositions of electric furnace molten slag % TiO2 MgO Al2O3 SiO2 CaO 50. 93 12. 26 18. 93 5. 39 4. 00 另外与高炉渣相比，本实验所用含钛电炉熔分 渣中，钛和铝的含量明显要高，而钙、硅的含量则要 低． 含钛高炉渣中所含钛和铝折合成 TiO2和 Al2O3， 其质量分数约为 22% 和 13% ，CaO 和 SiO2质量分数 分别约 为 26% 和 23% ; 而电炉熔分渣中 TiO2 和 Al2O3的质量分数分别为 51% 和 19% ，CaO 和 SiO2 质量分数分别约为 4% 和 5% ． 1. 2 实验仪器及试剂 实验 仪 器: DL--101 电热恒温鼓风干燥箱， PL2002 电子天平，DHT 型搅拌恒温电热套，超声清 洗机，KSW--5--12A 马弗炉，78HW--1 型磁力搅拌器 ( 东莞市塘厦宏星仪器厂) ，RJ--TDL--50A 型低速台 式离心机，CHF--XM--500W 氙灯高亮度点光源平行 光源系统( 北京畅拓科技公司) ，光化学反应器( 北 京畅拓科技公司) ，UV--2100 型分光光度计( 上海尤 尼科仪器有限公司) ，D/max--2500 型 X 射线衍射仪 ( 日本 Rigaku 公司) ，Supra--55 型场发射扫描电镜 ( 德国 Zeisss 公司) ． 实验试剂: 实验用水为去离子水，采用的其他化 学药品均为分析纯级． 1. 3 实验流程 本实验采用的原料为攀钢含钛电炉熔分渣( 二 氧化钛质量分数约 51% ) ，分离剂为氢氧化钠溶液． ·932·