主要仪器：电子恒温水浴锅；电动搅拌器；三口烧瓶；便携式浊度仪。

主要原料：人造金红石浸出废液；氯气(Cl₂≥ 99.5%)；氢氧化钠(NaOH, 48%)；盐酸(HCl ≥ 31%)；上述原料均来自宜宾海丰和锐有限公司；铁粉(Fe ≥ 99%)，中国冶金研究总院。

氧 化 率 = m 1 − m 2 m 1 × 100 %

式中：m₁：氧化前溶液中二价铁含量；

m₂：氧化后溶液中二价铁含量；

溶液中二价铁含量采用容量分析。

钛元素在自然界主要以二氧化钛或含氧酸盐的形式存在，含氧酸盐主要是含铁钛酸盐。当前具有开采价值钛矿床一般分为岩矿型和砂矿型，岩矿型钛矿是原生矿，如我国攀西钒钛磁铁矿，其主要矿物为钛磁铁矿和赤铁矿，含有钒、钴、镍、铜和铬等金属元素。砂矿型钛矿属于次生矿，来源于岩矿型钛矿的蚀变，内陆地表暴露的岩矿型钛矿受到风化、雨水侵蚀等作用，由致密岩矿型逐渐转变为颗粒相对细小的砂矿，并在雨水和风力的作用下沉积于河流、山谷低处及盆地，如我国云南的砂矿及澳大利亚柏斯盆地砂矿；沿海砂矿型钛矿主要是由内陆钛矿随水流富集在沿海，如莫桑比克东部沿海钛砂矿。

钛矿在蚀变的过程中不仅发生粒度变化，还伴随一些组分溶出，随着铁的氧化和溶蚀，所含的钙、镁在侵蚀过程中含量降低，TiO₂得到富集，但是对于以固溶体形式与TiO₂结合的有色金属离子，通过选矿方式很难将其选别。此外，砂矿型钛矿也常与其他矿物伴生，除了含有钛铁矿、金红石、锆钛矿等矿物外，常含具有放射性的独居石，以及风化过程中吸附在钛铁矿晶体表面的铀和钍，采用此类钛铁矿作为制人造金红石的原料，放射性元素将在酸浸过程中进入溶液，成为环境污染的潜在威胁。攀西钛精矿与南非钛精矿的典型成分见表1。

表1. 攀西钛精矿与南非钛精矿的典型成分(%)

选择岩矿型的攀西钛精矿作为原料生产人造金红石时，原料中不含对水质产生严重影响的重金属离子和放射性元素，浸出母液是一种较好的制备水处理剂原料，利用其中的铁，经过聚合形成多聚物，用于污水处理，使用国内攀西钛精矿浸出后的母液为原料，浸出母液成分见表2。

表2. 人造金红石母液成分(g/L)

制备聚合氯化铁关键是氧化，其原理为在酸性溶液中投加氧化剂将亚铁离子转化为铁离子，再经过水解、聚合反应得到聚合氯化铁。在工业上常使用的能够氧化亚铁的氧化剂有：氯气、氯酸钠、次氯酸

钠、双氧水、硝酸等。 ε θ ( Cl 2 Cl − ) = 1.36   V 、 ε θ ( ClO 3 Cl − ) = 1.45   V 、 ε θ ( ClO − Cl − ) = 0.89   V 、 ε θ ( H 2 O 2 H 2 O ) = 1.77   V 、 ε θ ( NO 3 − NO 2 ) = 0.80   V 而 ε θ ( Fe 3 + Fe 2 + ) = 0.771   V ，次氯酸钠和硝酸虽然氧化电位高于铁，能够氧化，但是相差

不大，氧化时会出现氧化不充分，氯酸钠氧化性强，但属于易爆试剂，工业上运输和使用要求严格，存在安全风险。双氧水氧化后生成水，是一种较好的无污染氧化剂，但有效氧化成分含量低，含大量水，使用时会将聚合氯化铁稀释。氯气属于危化品，但工业上有成熟工艺将其液化后进行罐装运输，使用时将液氯蒸发为气体使用，且氯气也是一种水质净化处理剂，特别适宜于与氯碱行业联合生产厂使用，我公司作为氯碱行业企业，对氯气的使用及安全防范准备充分，具备使用氯气开展实验的条件，因此选用氯气作为氧化剂。

量取100 mL人造金红石浸出母液于250 mL烧杯中，在通风橱内、室温并搅拌条件下按不同速率鼓入1 L氯气(根据溶液二价铁含量计算，1 L氯气不能将二价铁氧化完全)，通完氯气后继续搅拌反应15 min，再测定溶液中Fe²⁺含量，并计算其转化率，不同氯气通入速率对Fe²⁺氧化率的影响如图1。

图1. 氯气通入速率对Fe²⁺氧化率的影响

由图1可知，氯气通入速率对二级铁的氧化影响较大，通入氯气速率较慢时，二价铁氧化较完全，二价铁氧化率接近理论氧化值，当氯气通入速率高于60 mL/min后，二价铁氧化率降低幅度较大，归因于氯气通入速率较快，导致氯气不能与人造金红石浸出母液中的二价铁及水充分反应，为保证氯气充分发挥氧化作用，后续实验拟采用60 mL/min的通入速率。

量取100 mL人造金红石浸出母液于250 mL烧杯中，在通风橱内、室温并搅拌条件下，以60 mL/min的速率缓慢鼓入氯气，继续反应15 min后，测定溶液中Fe²⁺含量，并计算其转化率，结果见图2。

图2. 氯气通入量对溶液亚铁氧化影响

由图2可知：氯气通入量对于氧化效率影响较大，在氯气通入量小于4.4 g时，随着氯气的通入，反应后溶液中Fe²⁺含量迅速减少，转化率快速提高；当氯气通入量达到4.6 g后，溶液中的Fe²⁺转化率基本不变，表明氧化反应达到平衡，及氯气在达到稍过量情况下氧化反应完成，若继续通入氯气，通入的氯气溢出溶液，此时有较为浓烈的氯气味，表明氯气过量未与溶液中Fe²⁺反应，因此确定氯气通入量为4.6 g。

量取100 mL人造金红石浸出母液于250 mL烧杯中，在通风橱内、放置于不同恒温水浴锅内，以60 mL/min的速率缓慢鼓入氯气，继续反应15 min后，测定溶液中Fe²⁺含量，并计算其转化率，结果见图3。

图3. 氧化温度对亚铁含量的影响

由图3可知：在室温条件下通入氯气，氯气迅速与溶液中亚铁反应，随着温度升高，反应体系温度达到30℃以上，氯气与溶液中亚铁反应处于平衡状态，主要是氯气在溶液中溶解、反应处于平衡，随着温度升高，其在溶液中溶解减少，反应速度增加，但易从水中溢出，形成氯气脱离液相，因此温度选择室温条件下进行。

量取100 mL人造金红石浸出母液于250 mL烧杯中，在通风橱内、在室温条件下，并搅拌条件下缓慢鼓入氯气4.6 g，鼓入氯气时间为20 min，然后放置不同时间进行进一步氧化反应，测定溶液中Fe²⁺含量，并计算其转化率，结果见图4。

图4. 氧化时间对亚铁含量的影响

图4数据表明：在浸出母液中通入氯气后，亚铁得到迅速氧化，氧化时间达到10 min后，亚铁转化率基本不变，达到98%以上，实验中采用通入氯气氧化10 min后即可进行聚合操作。