·498 北京科技大学学报 第36卷 (2)称取0.6g滤渣于烧瓶中，加入200mL、 1.5molL-的HCl溶液，超声15min后取出烧瓶， ◆MgTi1O ￥Mg.Tio 置于电热套中，100℃冷凝回流6h. ·MgAl,O (3)冷凝回流结束后，将上述混合物转移至离 心杯中，设置离心机离心转数为4800rmin,离心 5min后将白色残渣放入干燥箱于80℃下干燥1h. (4)将白色残渣与氢氧化钾固体按照一定比例 混合后，转移到氧化镁坩埚中，放入马弗炉中，从室 2030405060708090 温升温到目标温度，在不同温度下煅烧不同时间，升 20() 温速度为5℃·min,煅烧结束后随炉冷却. 图2含钛电炉熔分渣的X射线衍射谱 (5)将煅烧后的产物放入1000mL大烧杯中， Fig.2 XRD pattern of electric fumace molten slag with titanium 加入500mL去离子水，沸水煮2h后过滤，滤渣于 2.2反应原理 80℃下干燥1h,所得产物用于表征. 2.2.1从含钛电炉熔分渣中制备中间产物偏钛酸 2结果与讨论 本实验所用含钛电炉熔分渣主要成分为T02、 Mg0、AL,O,、SiO2和Ca0.水热反应过程中，含钛电 2.1电炉熔分渣的成分与物相分析 炉熔分渣中的Si和A1元素与KOH生成了可溶性 针对含钛电炉熔分渣，首先采用X射线荧光光 的硅酸盐和铝酸盐，转移到了溶液中，而T元素由 谱法对其所含元素进行了分析，然后将这些元素的 于生成了不溶于水的钛酸盐与Mg、Ca等元素的化 含量折合成相应简单氧化物的含量列于表1中.由 合物一起转移到水热反应后的残渣中.含钛电炉熔 表1可知，含钛电炉熔分渣中所含钛折合成T02,其 分渣经过温度200℃、碱液浓度12molL-1、反应 质量分数约为51%，所含Al、Mg、Si、Ca折合成 时间为24h的水热反应后，所得残渣的X射线荧光 A山，03、Mg0、SiO2和Ca0的质量分数分别约为 光谱法分析结果见表2.由表2可知，含T02、A山203 19%、12%、5%和4% 和Si02的质量分数分别为55.10%、7.81%和 表1含钛电炉熔分渣主要化学成分（质量分数） 0.89%. Table 1 Main chemical compositions of electric fumace molten slag with titanium 会 表2水热反应后残渣的主要化学成分（质量分数） TiO2 Table 2 Main chemical compositions of the slag after hydrothermal reac- Mgo Al203 Si0z Ca0 tion % 50.93 12.26 18.93 5.39 4.00 T02 Mgo A03 SiO CaO 图2为含钛电炉熔分渣的X射线衍射谱.由图 55.10 11.76 7.81 0.89 4.75 2可知：实验原料出现的衍射峰与MgA山O,的X射 但是，水热后得到渣的X射线衍射图谱几乎显 线衍射标准卡片(01-082-2424)的(111)、(220)、 示不出任何含钛矿相的衍射峰，说明水热后得到的 (311)、(400)、(422)、(511)和(440)晶面的衍射峰 是无定形的钛化合物.相关反应方程式如下所示. 位相吻合，其对应的掠射角为20=18.9°、31.2°、 A山20O3与KOH的相关反应： 36.8°、44.7°、55.6°、59.3°和65.1°；在20=18.2°、 AL,03+2K0H=2KA102+H,0, (1) 25.4°、32.6°、40.6°、48.5°、52.2°和53.7°出现的衍 AL,03+2K0H=K2AL,04+H,0. (2) 射峰，与Mg1.3Ti1.s7O,的X射线衍射标准卡片 SiO,与KOH的相关反应： (00-052-0623)的(020)、(110)、(023)、(024)、 Si02+2K0H—K,Si03+H20, (3) (200)、(220)和(151)晶面的衍射峰位相吻合：在 Si02+4K0H—K,Si0,+2H20, (4) 20=18.1°、35.2°、42.8°和73.5°出现的衍射峰，与 2Si02+2K0H=K,Si,0,+H20, (5) Mg2Ti0,的X射线衍射标准卡片(00-025-1157)的 4Si02+2K0H—K2Si,0,+H20. (6) (111)、(311)、(400)和(533)晶面的衍射峰位相吻 TiO2与KOH的反应： 合.说明本实验所用含钛电炉熔分渣中的主要物相 nTiO2 +K20=K2O.nTiO2. (7) 有Mg2TiO4、Mg1.3Ti1.s70,和MgAl204,其中钛元素主 综上可知，含钛电炉熔分渣中的主要物相 要赋存于重钛酸镁(Mg2TiO,和Mg1.3Ti1.s?0,)中. Mg2TiO,和MgAl,O,的水热过程相关反应方程式如北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 ( 2) 称取 0. 6 g 滤渣于烧瓶中，加入 200 mL、 1. 5 mol·L － 1 的 HCl 溶液，超声 15 min 后取出烧瓶， 置于电热套中，100 ℃冷凝回流 6 h． ( 3) 冷凝回流结束后，将上述混合物转移至离 心杯中，设置离心机离心转数为 4800 r·min － 1 ，离心 5 min 后将白色残渣放入干燥箱于 80 ℃下干燥 1 h． ( 4) 将白色残渣与氢氧化钾固体按照一定比例 混合后，转移到氧化镁坩埚中，放入马弗炉中，从室 温升温到目标温度，在不同温度下煅烧不同时间，升 温速度为 5 ℃·min － 1 ，煅烧结束后随炉冷却． ( 5) 将煅烧后的产物放入 1000 mL 大烧杯中， 加入 500 mL 去离子水，沸水煮 2 h 后过滤，滤渣于 80 ℃下干燥 1 h，所得产物用于表征． 2 结果与讨论 2. 1 电炉熔分渣的成分与物相分析 针对含钛电炉熔分渣，首先采用 X 射线荧光光 谱法对其所含元素进行了分析，然后将这些元素的 含量折合成相应简单氧化物的含量列于表 1 中． 由 表 1 可知，含钛电炉熔分渣中所含钛折合成 TiO2，其 质量 分 数 约 为 51% ，所 含 Al、Mg、Si、Ca 折 合 成 Al2O3、MgO、SiO2 和 CaO 的质量分数分别约为 19% 、12% 、5% 和 4% ． 表 1 含钛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 with titanium % TiO2 MgO Al2O3 SiO2 CaO 50. 93 12. 26 18. 93 5. 39 4. 00 图 2 为含钛电炉熔分渣的 X 射线衍射谱． 由图 2 可知: 实验原料出现的衍射峰与 MgAl2O4 的 X 射 线衍射标准卡片( 01--082--2424) 的( 111) 、( 220) 、 ( 311) 、( 400) 、( 422) 、( 511) 和( 440) 晶面的衍射峰 位相吻合，其对应 的 掠 射 角 为 2θ = 18. 9°、31. 2°、 36. 8°、44. 7°、55. 6°、59. 3°和 65. 1°; 在 2θ = 18. 2°、 25. 4°、32. 6°、40. 6°、48. 5°、52. 2°和 53. 7°出现的衍 射峰，与 Mg1. 13 Ti1. 87 O5 的 X 射 线 衍 射 标 准 卡 片 ( 00--052--0623) 的 ( 020 ) 、( 110 ) 、( 023 ) 、( 024 ) 、 ( 200) 、( 220) 和( 151) 晶面的衍射峰位相吻合; 在 2θ = 18. 1°、35. 2°、42. 8°和 73. 5°出现的衍射峰，与 Mg2TiO4的 X 射线衍射标准卡片( 00--025--1157) 的 ( 111) 、( 311) 、( 400) 和( 533) 晶面的衍射峰位相吻 合． 说明本实验所用含钛电炉熔分渣中的主要物相 有 Mg2TiO4、Mg1. 13Ti1. 87O5和 MgAl2O4，其中钛元素主 要赋存于重钛酸镁( Mg2TiO4和 Mg1. 13Ti1. 87O5 ) 中． 图 2 含钛电炉熔分渣的 X 射线衍射谱 Fig． 2 XＲD pattern of electric furnace molten slag with titanium 2. 2 反应原理 2. 2. 1 从含钛电炉熔分渣中制备中间产物偏钛酸 本实验所用含钛电炉熔分渣主要成分为 TiO2、 MgO、Al2O3、SiO2 和 CaO． 水热反应过程中，含钛电 炉熔分渣中的 Si 和 Al 元素与 KOH 生成了可溶性 的硅酸盐和铝酸盐，转移到了溶液中，而 Ti 元素由 于生成了不溶于水的钛酸盐与 Mg、Ca 等元素的化 合物一起转移到水热反应后的残渣中． 含钛电炉熔 分渣经过温度 200 ℃﹑碱液浓度 12 mol·L － 1 ﹑反应 时间为 24 h 的水热反应后，所得残渣的 X 射线荧光 光谱法分析结果见表 2． 由表 2 可知，含 TiO2、Al2O3 和 SiO2 的 质 量 分 数 分 别 为 55. 10% 、7. 81% 和 0. 89% ． 表 2 水热反应后残渣的主要化学成分( 质量分数) Table 2 Main chemical compositions of the slag after hydrothermal reac￾tion % TiO2 MgO Al2O3 SiO2 CaO 55. 10 11. 76 7. 81 0. 89 4. 75 但是，水热后得到渣的 X 射线衍射图谱几乎显 示不出任何含钛矿相的衍射峰，说明水热后得到的 是无定形的钛化合物． 相关反应方程式如下所示． Al2O3与 KOH 的相关反应: Al2O3 + 2KOH 2KAlO2 + H2O， ( 1) Al2O3 + 2KOH K2Al2O4 + H2O． ( 2) SiO2 与 KOH 的相关反应: SiO2 + 2KOH K2 SiO3 + H2O， ( 3) SiO2 + 4KOH K4 SiO4 + 2H2O， ( 4) 2SiO2 + 2KOH K2 Si2O5 + H2O， ( 5) 4SiO2 + 2KOH K2 Si4O9 + H2O． ( 6) TiO2 与 KOH 的反应: nTiO2 + K2O K2O·nTiO2 ． ( 7) 综上 可 知，含钛电炉熔分渣中的主要物相 Mg2TiO4和 MgAl2O4 的水热过程相关反应方程式如 ·498·