بهينه سازي روش توليد رنگدانه تيتانيوم دي‌اكسيد با استفاده از سرباره حاصل از ذوب و احياي ايلمينيت كهنوج در كوره قوس الكتريكي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مواد

كارشناسي ارشد

رنگدانه تيتانيوم دي‌اكسيد يكي از مهمترين رنگدانه‌هاي مورد استفاده در صنعت رنگ، پلاستيك، كاغذ و جوهر، سلولهاي خورشيدي، پوششدهي و مواد غذايي است. اين رنگدانه به دليل پايداري و مقاومت بالا در برابر حرارت، اشعه خورشيد و مواد شيميايي، از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. رنگدانههاي تيتانيوم دي‌اكسيد به ‌صورت تجاري به دو روش سولفاته و يا كلريدي توليد ميشود. در حال حاضر به دليل كمبود ذخاير مواد معدني غني از روتيل در جهان توجهات به سمت ايلمينيت عيار پايين جلب شده است و در اين راستا چندين روش براي غنيسازي تيتانيوم دي‌اكسيد در كنسانترههاي ايلمينيت عيار پايين با تبديل به روتيل مصنوعي و يا سرباره تيتانيومي به روش سولفاته پيشنهاد شده است. روش سولفاته به دليل هزينه كمتر و راندمان بالاتر، به عنوان يكي از بهترين روش‌ها براي توليد اين رنگدانه مورد استفاده قرار ميگيرد. در اين پژوهش، هدف اصلي اين بود كه با اجراي بهترين شرايط بليچينگ، ميزان روشنايي و كيفيت رنگدانه تيتانيوم دي‌اكسيد افزايش يابد. در پژوهش حاضر، براي توليد تيتانيوم دي‌اكسيد از سرباره حاصل از ذوب و احياي ايلمينيت در كوره قوس الكتريكي استفاده شد. سرباره تيتانيوم با سولفوريك اسيد در محدوده دمايي ℃150-180حل شد و سپس اين كيك حل شده تحت شرايط دمايي ℃80-85 ليچينگ شد. پس از حذف سولفات آهن (FeSO4.7H2O) از محلول سياه ، با آب هيدروليز شد. در مرحله هيدروليز ذرات تيتانيوم دي‌اكسيد در دماي جوش محلول شروع به رسوب‌كردن و تهنشين شدند. رسوب تيتانيوم دي‌اكسيد هيدراته در مرحله بليچينگ، يك نمونه با سولفوريك اسيد و يك عامل احياكننده و نمونه ديگر تنها با سولفوريك اسيد و بدون عامل احياگر بليچ شد. پس از اتمام فرايند، رسوب شسته شد و در دماي ℃1000-800 تكليس گرديد. پودرهاي توليد شده به همراه پلي سيليكات مورد عمليات سطحي قرار گرفته و تيتانيوم دي‌اكسيد اصلاح‌ شده توليد شده است . فاز ايجاد شده در محصول نهايي براي تيتانيوم دي‌اكسيد در حضور و غياب عامل احياكننده مرحله بليچينگ، هر دو روتيل بود كه با نمونه رنگدانه تجاري مطابقت داشت. همچنين نتايج اين پژوهش نشان داد كه روش سولفاته باعث ساختار كروي و يكنواخت ذرات تيتانيوم دي‌اكسيد گرديد. همچنين، خلوص تيتانيوم دي‌اكسيدي كه با استفاده از يك عامل احياكننده توليد شده است، برابر 96/97% است كه براي رنگدانه تجاري اين عدد برابر 97/98% است. نتايج آناليز رنگ سنجي نيز نشان مي‌دهد كه با افزودن عامل احياگر، ميزان سفيدي براي تيتانيوم دي‌اكسيد بهبود مي‌يابد كه باعث افزايش روشنايي و كيفيت اين رنگدانه مي‌شود. براساس دادههاي به دست آمده از آناليز رنگسنجي، ميزان سفيدي براي نمونه تيتانيوم دي‌اكسيد در حضور احياكننده برابر 33/59 و براي رنگدانه تجاري عدد 86/63 است. شدت روشنايي نيز براي تيتانيوم دي‌اكسيد در حضور احياكننده (02/94)، بيشتر از شدت روشنايي براي رنگدانه تجاري (06/88) است. نتايج آزمونهاي انجام شده نشان داد كه بهترين شرايط براي بليچينگ تيتانيوم دي‌اكسيد در حضور سولفوريك اسيد و عامل احياكننده است. در اين شرايط، روشنايي، كيفيت و خواص رنگدانه تيتانيوم دي‌اكسيد به ميزان قابل توجهي افزايش يافت. با بهينه‌سازي شرايط فرايند و استفاده از عوامل احياكننده مناسب در مرحله بليچينگ، مي‌توان كيفيت و روشنايي رنگدانه تيتانيوم دي‌اكسيد را بهبود بخشيد. اين امر مي‌تواند براي صنايع مختلف كاربرد داشته باشد و در نتيجه، ارزش اقتصادي آن را افزايش دهد. همچنين، با استفاده از روش‌هاي موجود براي استخراج تيتانيوم دي‌اكسيد از منابع معدني كم عيار مانند ايلمينيت، مي‌توان به توسعه پايدار منابع خام اين رنگدانه كمك كرد.

235591

استخراج فلزات

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان