低浓度盐酸选择性浸出钛高炉渣的动力学行为与资源化研究

为解决钛高炉渣(TBFS)资源浪费和环境污染问题，研究人员开发了一种基于热力学控制的低浓度盐酸(3.0 mol/L HCl)选择性浸出策略。该研究在373 K条件下实现Ca/Mg/Al的93.5%-95.3%高效浸出，同时将Ti/Si溶解率控制在<3%，使TiO2含量从18.5%提升至38.2%。该技术为冶金废渣高值化利用提供了新思路。

　　

钢铁工业每年产生数十亿吨高炉渣，其中含钛高炉渣(TBFS)因含有5%-25%的TiO₂以及大量镁、铝、钙等有价金属而备受关注。然而，传统处理方法面临高酸耗、能耗大、二次污染等瓶颈，每年全球堆积的TBFS已超1亿吨且以700万吨/年的速度增长，被列入中国《国家危险废物名录》。如何实现TBFS中多组分的高效分离与资源化，成为冶金废弃物处理领域的重大挑战。

四川大学的研究团队在《Waste Management》发表的研究中，创新性地提出低酸浓度(≤3.0 mol/L)盐酸选择性浸出策略。通过结合热力学计算、动力学建模和微观结构表征，揭示了多金属元素在酸浓度、温度和液固比变化下的溶解规律。研究发现，利用钙钛矿在>353 K的临界溶解阈值，可在373 K条件下实现Ca/Mg/Al>95%的选择性浸出，同时将Ti/Si溶解率抑制在3%以下。

关键技术包括：矿物解放分析(MLA)确定钛主要赋存于钛辉石相(88.94 wt%)；热力学模拟计算各矿相溶解吉布斯自由能；采用ICP-OES监测元素溶解动力学；通过SEM-EDS表征溶解界面层演变。

【材料特性】MLA和XRD分析显示TBFS主要含钛辉石、钙钛矿和透辉石三相，钛辉石为Ti主要载体相(化学式Ca_0.8Mg_0.8Al_0.4Ti_0.4Si_1.6O₆)。

【热力学机制】计算表明钙钛矿在>353 K时ΔG<0，而钛辉石在所有温度下ΔG>0，这解释了温度依赖的选择性溶解现象。

【动力学特征】表观活化能分析(Ca 12.34 kJ/mol, Mg 18.56 kJ/mol)显示过程受内扩散控制，Ti/Si通过溶解-再沉淀形成表面钝化层。

【工艺优化】3.0 mol/L HCl、373 K、120分钟条件下，TiO₂品位从18.5%提升至38.2%，同时酸耗降低60%以上。

该研究突破性地实现了TBFS中多组分的一步分离，建立的"低温富钛-低酸除杂"技术路线，为冶金废渣的资源化利用提供了新范式。通过精准控制固液界面反应，避免了传统高酸体系导致的Ti-Si共溶问题，使后续钛资源高值化加工成本降低40%。研究成果对推动工业循环经济和环境可持续发展具有重要实践意义，相关技术已获中国国家自然科学基金(52404372)和天府永兴实验室重点科技项目(2023KJGG04)支持。