臺灣博碩士論文加值系統

鈦金屬用量隨著科技的進步而日益增加，有鑒於的資源有限且價格昂貴，而丟棄鈦鐵廢棄物含有少量之鈦金屬會浪費資源，本研究進行鈦金屬回收程序之建立，避免其污染環境也達到廢棄物質資源再生利用之目的。
對鈦鐵廢棄物先進行前處理，經酸消化及ICP-OES分析其金屬全含量（鈦佔3.3％），由灰分試驗及元素分析得知廢棄物中含有機物量達45％；XRD分析各種礦物得知以Fe2TiO5之晶型佔最多，且鈦鐵廢棄物添加碳酸鈉會形成鈦鹼鹽類，再經酸鹼浸漬法可將鈦鐵有效分離加以回收，並配合田口直交表實驗設計法及變異數分析找出最佳操作條件，實驗因子分別為碳酸鈉與礦泥混合比例、鍛燒溫度、HCl濃度及NaOH濃度進行L9(34)實驗，回收鈦最佳條件為混合比例（碳酸鈉：礦泥為0.5：1）、HCl濃度（10%）、NaOH濃度（3N）及鍛燒溫度（1200℃）。最佳條件所提煉礦泥為精練鈦礦所佔比例為最多，可得到約120.5 g/kg之粉末。將本研究製備含鈦粉末進行光催化降解染料（AO7），因粉末中鐵含量比鈦高，且AO7為酸性（pH＝3），造成鐵金屬溶出，進而遮蔽UV光量測，使得效果不明顯。最後將所製之最佳粉末進行成本估算，發現最佳操作流程所製之粉末較鈦鐵精礦之價錢便宜，所以本研究製備回收粉末仍有經濟價值。

The increasing applications of titanium (Ti) metal were promoted by technology advancement. Owing to resource limitation and high pricing, the recovery of scare but precious Ti from Ti-iron compounds in waste sludge had become attractive. This study was aimed to establish a recovery process of valuable Ti, not only to avoid environmental pollution but to regenerate useful resources.
During pretreatment of the titanium-iron-containing wastes, acid digestion and ICP-OES analysis found the existence of 3.3% Ti along with 45% organic contents (by the element analysis). XRD analysis observed that Fe2TiO5 was the main crystalline compound. The waste sludge was reacted with soda ash to form sodium titanates and was extracted by acid-alkali leaching in order to separate and recover Ti. The Taguchi method and the analysis of Variance (ANOVA) were used to design the experiments. The Orthogonal Experimental Design was used for determining optimal mixture ratios of soda ash, calcine temperature, HCl and NaOH concentration. An OED-L9(34) was used and the optimal conditions were soda ash to wastes ratio of 0.5：1, HCl concentration of 10%, NaOH concentration of 3N, calcine temperature of 1200℃. The optimal conditions could produce 120.5 g/kg Ti. The final Ti-Fe product was converted to photocatalyst for the degradation of AO7 dye but with low efficiency due to iron leaching at pH3 and possible masking effects of iron. However, the final product still had good market value while comparing to ilmenite minerals.

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英文摘要 iii
誌謝 v
目錄 vi
表目錄 ix
圖目錄 xi
第一章 緒論 1
1.1 研究緣起與動機 1
1.2 研究目標 3
第二章 文獻回顧 6
2.1 鈦元素之特性、晶型用途及製程 6
2.1.1 鈦元素的特性 6
2.1.2 鈦金屬之晶型及用途 7
2.1.3 二氧化鈦之製程 13
2.2 濕式冶煉及鈦回收方法之介紹 15
2.2.1 一般常見之濕式冶煉法 15
2.2.2 二氧化鈦提煉及使用之起源 19
2.2.3 硫酸法提煉鈦 22
2.2.4 氯化法提煉鈦 28
2.2.5 鎂熱還原(Kroll)法提煉鈦 31
2.2.6 鈉熱還原(Hunter)法提煉鈦 33
2.2.7 電解法提煉鈦 33
2.2.8 溶媒萃取法提煉鈦 36
2.2.9 酸鹼濕式法提煉鈦 37
2.2.10 浮選法提煉鈦 39
2.3 二氧化鈦於光觸媒之應用 45
2.3.1 光觸媒材料 45
2.3.2 二氧化鈦光催化的機制 46
2.3.3 二氧化鈦含有金屬陽離子之應用 48
2.4 鈦鐵礦泥之其他用途 50
第三章、研究方法及設備材料 51
3.1 初步試驗 51
3.2 研究流程 52
3.3 實驗藥品與設備 54
3.3.1 實驗藥品 54
3.3.2 實驗設備 54
3.4 實驗分析方法及設計 55
3.4.1 金屬全含量分析 55
3.4.2 實驗設計 56
3.4.3 田口式實驗設計－直交表 57
3.5變異數分析（ANOVA） 61
第四章、結果與討論 64
4.1 樣品前處理 64
4.2 金屬全含量分析 65
4.3 X-ray繞射分析 67
4.3.1 原鈦鐵礦泥之X-ray繞射分析 67
4.3.2 礦泥添加碳酸鈉進行鍛燒之X-ray繞射分析 69
4.4 田口實驗設計法提煉鈦金屬 71
4.4.1 直交表 L9分析實驗 71
4.5回收之粉末進行EDS分析及綜合討論 80
4.6 精練鈦鐵礦粉末之質量平衡 87
4.7 回收鈦鐵礦泥作為光觸媒降解染料之初探 89
4.7.1 AO7之全波長掃描 91
4.7.2 回收鈦鐵礦泥之光催化降解之效果 93
4.7.3 回收鈦鐵礦泥之光催化降解對有機物之影響 95
4.8 精練鈦鐵礦粉末之比表面積分析 96
4.9回收鈦作為礦石之估算 97
第五章、結論與建議 98
5.1結論 98
5.2建議 100
參考文獻 101
附錄 109

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