[发明专利]一种TiO2/铝土矿矿渣复合材料吸附剂的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种以高硫铝土矿矿渣为原料的TiO₂/铝土矿矿渣复合材料吸附剂的制备方法和应用，属于绿色环保材料制备技术领域。采用的技术方案是：取高硫铝土矿粉末，用盐酸酸化，而后过滤323K下干燥。将不同体积的TiCl₄溶液在冰水浴下溶于40‑50mL 1mol/L的HCl溶液中，作为钛源。将干燥后的矿渣与TiCl₄溶液在酸性条件下反应10‑12min，而后将加入(NH₄)₂SO₄溶液，反应15‑20min，将水温上升至303K，反应1h。将pH调节至4‑5继续反应1h，过滤在378K下烘干8h。而后，放入马弗炉中，600℃下(升温速率2.5℃/min)煅烧3h。得到TiO₂/铝土矿矿渣复合材料吸附剂。本发明制得的吸附剂可用于从含钛的溶液中吸附钛，具有原料来源广泛、成本低，节能环保，钛吸附量大等优点。

技术领域

本发明属于绿色吸附剂的制备和稀有金属提取技术领域，具体涉及一种 TiO₂/铝土矿矿渣复合材料吸附剂的制备方法及利用其分离富集钛。

背景技术

钛及其合金具有很高的比强度、比模量，优异的抗腐蚀性，被称之为21世纪的太空金属，同时也应用于众多的高科技领域。目前，金属钛已经被广泛的应用于催化、油漆染料、橡胶、纺织品和塑料等方面。在高科技领域，钛由于其良好的抗腐蚀性，可以应用于太阳能电池、热交换器的管材料或者核电厂的冷却器。在航空领域，主要用于导弹、航天飞机、火箭的制造。此外，TiO₂纳米颗粒在医学上可以用作消毒剂和肿瘤细胞的杀伤剂。钛在自然界分布极广，在地壳中的丰度为0.56％，居第十位，在金属中仅于铁、银、镁居第四位，但由于赋存状态分散，常与其他元素伴生，分离提取困难。所以有效回收各类矿中的钛是值得关注的课题。

目前钛的分离富集方法分为火法和湿法。火法有电炉熔炼法、碳化法、选择氯化法、还原磨选法、还原钛铁矿法等。湿法有沉淀法、萃取法和离子交换法等。其中萃取法是主要的分离富集方法，多采用酸性磷型萃取剂(如D2EHPA 等)、中性磷型萃取剂(如TOPO、Cyanex923等)、胺类萃取剂(如N1923等)。但是目前传统的提取钛的方法，均存在回收率低，且不符合节能减排的宗旨。由此可见，探寻更有效的分离和提取金属钛的技术是待需解决的问题。

矿渣主要是浸出矿渣和高炉矿渣两大类，其中浸出矿渣通常含有较多的SiO₂和Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO等金属氧化物。矿渣目前的应用主要有三个方面：作为生产水泥或者砖石的原料、生产矿渣微晶玻璃和作为水处理的吸附剂。

近几十年来，二氧化钛由于其化学稳定性，无毒性，较大的能隙宽度，强氧化性和价格低廉等综合优势，已经得到了越来越多的关注，目前有研究表明其可以作为吸附剂从纺织废水中去除染料污染物。然而，纯TiO₂颗粒由于其利用效率低，分离困难，吸附能力差，需要进一步的改进，这严重限制了其在废水处理中的实际应用。为了解决这些问题，许多研究人员把精力放在将TiO₂颗粒固定在天然矿物上，如硅藻土，蒙脱石，沸石等。研究发现，TiO₂颗粒可以很好的分散到矿物表面，且并不影响TiO₂颗粒的性质，本发明以铝土矿矿渣为载体，将TiO₂颗粒固定于表面，制备成TiO₂/铝土矿矿渣复合材料吸附剂用于从高硫铝土矿焙烧熟料的浸出液中分离富集微量钛，目前该方法用于钛的回收应用尚未见报道。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明将本发明以铝土矿矿渣为载体，将TiO₂颗粒固定于表面，制备成TiO₂/铝土矿矿渣复合材料吸附剂用于从高硫铝土矿焙烧熟料的浸出液中分离富集微量钛，制备方法操作简单、无污染、成本低，该吸附剂对钛具有较高的吸附容量，重复使用次数多等优点，具有实际应用性。