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一種鈦白粉的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種鈦白粉的制備方法。
背景技術(shù)
[0002] 在硫酸法生產(chǎn)鈦白粉 ( 二氧化鈦 ) 的工藝中，由于三價鐵的水解 pH 和鈦液水解 pH接近，如果鈦液中存在三價鐵離子，那么在生產(chǎn)工藝的鈦液水解處理中就會產(chǎn)生較多的三價鐵的水解產(chǎn)物吸附到二氧化鈦表面并且難以沖洗干凈，影響最終生產(chǎn)的鈦白粉產(chǎn)品的白度。通常，為了防止酸解后的鈦液中的亞鐵離子氧化成三價鐵離子，就要求鈦液中含有一定濃度三價鈦離子，從而可以保持隨后的各個工藝環(huán)節(jié)中鐵以二價鐵離子的形式存在。將鈦液中的部分鈦還原為三價鈦的傳統(tǒng)方法是通入壓縮空氣的條件下直接在酸解裝置內(nèi)向酸解完成后的鈦液中加入鐵粉，并在70℃左右進行還原反應(yīng)。但是，通過該方法生產(chǎn)鈦白粉需要使用大量的鐵粉，存在制備成本高的問題。
發(fā)明內(nèi)容
[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的硫酸法生產(chǎn)鈦白粉工藝中鐵粉消耗量大、成本高的問題，提供了一種還原劑消耗量小、成本低的鈦白粉的制備方法。
[0004] 本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過深入研究發(fā)現(xiàn)，在制備鈦白粉的過程中，如果在通入壓縮空氣進行攪拌下，在酸解裝置中直接進行鐵粉還原處理會導(dǎo)致鐵粉的消耗量較大，為了克服該缺陷，發(fā)明人在浸取處理結(jié)束后停止了壓縮空氣的通入，而在還原處理中采用除通入壓縮空氣以外的其他攪拌方式，從而克服了上述缺陷，降低了還原劑的用量，從而完成了本發(fā)明。
[0005] 另外，本發(fā)明的發(fā)明人推測能夠減少還原劑的用量的原因在于 ：在本發(fā)明中，在浸取處理結(jié)束后，停止通入所述壓縮空氣，由此能夠防止在還原反應(yīng)中還原出的三價鈦和二價鐵被重新氧化成四價鈦和三價鐵，從而無需再次通過還原劑將該重新氧化成的四價鈦和三價鐵再次還原成三價鈦和二價鐵，由此顯著地減少了還原劑的用量。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種鈦白粉的制備方法，該方法包括 ：將含鈦物料依次進行酸解處理、浸取處理、還原處理、沉降處理、水解處理和煅燒處理，其中，在所述酸解處理和浸取處理中，向反應(yīng)體系中通入壓縮空氣，在浸取處理結(jié)束后，停止通入所述壓縮空氣，并在攪拌條件下，將浸取處理后的物料與還原劑進行接觸反應(yīng)，其中，以 TiO2 計，所述浸取處理后的物料中所含有的鈦元素與所述還原劑的摩爾比為 1 ：(0.06-0.95)。
[0007] 通過采用本發(fā)明的鈦白粉的制備方法，由于在浸取處理結(jié)束后停止了壓縮空氣的通入，由此可以以較低用量的還原劑獲得三價鈦濃度滿足要求的鈦浸取液，從而獲得白度較高的鈦白粉，降低了成產(chǎn)成本，增大了生產(chǎn)效率。
[0008] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。
具體實施方式
4[0009] 以下對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0010] 本發(fā)明提供一種鈦白粉的制備方法，該方法包括 ：將含鈦物料依次進行酸解處理、浸取處理、還原處理、沉降處理、水解處理和煅燒處理，其中，在所述酸解處理和浸取處理中，向反應(yīng)體系中通入壓縮空氣，在浸取處理結(jié)束后，停止通入所述壓縮空氣，并在攪拌條件下，將浸取處理后的物料與還原劑進行接觸反應(yīng)，其中，以 TiO2 計，所述浸取處理后的物料中所含有的鈦元素與所述還原劑的摩爾比為 1 ：(0.06-0.95)。
[0011] 本發(fā)明的發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，由于酸解后的物料會在熟化過程中固化，在酸解裝置中直接安裝攪拌裝置對于工業(yè)化生產(chǎn)來說是不合適的，因此，特別優(yōu)選地，發(fā)明人將在酸解裝置中經(jīng)過浸取處理的物料送入到外部的還原槽中，并在該還原槽中在機械攪拌下進行還原處理，從而既成功地避免了現(xiàn)有的還原處理中采用壓縮空氣攪拌的缺陷從而降低了鐵粉或鐵屑的消耗量，又可以實現(xiàn)連續(xù)化的工業(yè)生產(chǎn)。值得說明的是，在本發(fā)明中，雖然通入壓縮空氣的目的也是為了進行攪拌，但是在還原處理中的，所述攪拌條件并不包括該通入壓縮空氣的攪拌方式，其可以是機械攪拌、磁力攪拌或超聲波攪拌。
[0012] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式中，所述鈦白粉的制備方法包括 ：將含鈦物料依次進行酸解處理、浸取處理、還原處理、沉降處理、水解處理和煅燒處理，其中，所述酸解處理和浸取處理是在酸解裝置中進行，并且在浸取處理結(jié)束后，停止通入所述壓縮空氣，并將浸取處理后的物料送入到還原槽中，在機械攪拌條件下，將浸取處理后的物料與還原劑進行接觸反應(yīng)，其中，以 TiO2 計，所述浸取處理后的物料中所含有的鈦元素與所述還原劑的摩爾比為 1 ：(0.06-0.95)。這里的還原槽是獨立于酸解裝置的外部的，其配置有機械攪拌裝置。采用該優(yōu)選的實施方式，不僅可以實現(xiàn)對所述還原劑用量的降低，還可實現(xiàn)鈦白粉的連續(xù)工業(yè)化生產(chǎn)，低成本高收益
[0013] 通常的硫酸法制備鈦白粉所采用的鈦原料為鈦含量較高的精選的鈦鐵礦即鈦精礦以及由鈦精礦冶煉而得的鈦渣等。由于鈦渣冶煉過程中已經(jīng)除去了大部分鐵并含有較多的三價鈦，因而鈦渣酸解后的鈦液不需要進行還原。因此，在本發(fā)明中，所述含鈦物料特別優(yōu)選為鈦鐵礦等未經(jīng)過冶煉的含鈦礦石。此外，所述含鈦物料的鈦含量 ( 以 TiO2 計 ) 優(yōu)選為 40-60 重量％。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明，所述含鈦物料為了便于酸解處理，優(yōu)選采用 325 目以下的篩余量為15 重量％以下的含鈦物料 ( 即將含鈦物料過 325 目的篩子，未過篩子的粗顆粒的量僅為含鈦物料的總量的 15 重量％以下 )。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明，所述酸解處理可以采用常規(guī)的酸法制備鈦白粉的工藝中的酸解處理方法，例如，將含鈦物料與約 90-94 重量％的硫酸溶液混合均勻后加入約 20-25 重量％的硫酸溶液或者水將體系中的硫酸溶液稀釋到 84-86 重量％，稀釋過程中放出的熱量可將反應(yīng)體系溫度升到 80-120℃左右，在此溫度下鈦礦中的鐵、鎂、鈣等相繼與硫酸反應(yīng)相續(xù)放出熱量將溫度升到約 150-180℃。硫酸溶液的用量可以根據(jù)含鈦物料的量和組成進行調(diào)整，例如，相對于 1 噸的 40-60 重量％的鈦 ( 以 TiO2 計 ) 的鈦精礦，體系中的 84-86 重量％的硫酸溶液的量可以為 1450-1650kg。此外，硫酸溶液的溶劑優(yōu)選為水
[0016] 通常，在所述酸解處理中，為了使得硫酸溶液和含鈦物料反應(yīng)更加充分，會通入壓縮空氣進行攪拌，例如采用通入速率優(yōu)選為 1000-1500m3/h 的壓縮空氣，直到酸解反應(yīng)結(jié)5束，而為了獲得更多的鈦的酸解產(chǎn)物 ( 例如硫酸氧鈦 )，通常還需要將酸解后的物料優(yōu)選進行保溫熟化，保溫熟化后需要加入水或稀硫酸將熟化中固化的酸解產(chǎn)物稀釋浸出即進行所述浸取處理，在所述浸取處理過程中也需要通入壓縮空氣 ( 通入速率優(yōu)選為 200-400m3/h)進行攪拌，浸取出來的物料中鈦元素的含量 ( 以 TiO2 計 ) 優(yōu)選為 120-140g/L，并同時攜帶有其它溶解產(chǎn)物和不溶的小顆粒物料。而本發(fā)明的酸解處理和浸取處理也可以用這樣的方法進行。
[0017] 然而僅經(jīng)過酸解處理和浸取處理后的物料中含有三價鐵離子，在還原處理中主要目的就在于將三價鐵離子還原為二價鐵離子，同時產(chǎn)生一定量的三價鈦離子，產(chǎn)生的三價鈦粒子可以在后續(xù)的其他處理中保證二價鐵離子不再氧化為三價鐵離子，通常，經(jīng)還原處理后，需要產(chǎn)生的三價鈦的含量在 0.8g/L 以上。而在本發(fā)明中，優(yōu)選地，經(jīng)過所述還原處理中的接觸反應(yīng)后的物料中三價鈦的含量為 0.8-2g/L。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明，在所述還原處理中，所述還原劑可以是本領(lǐng)域常規(guī)在制備鈦白粉用于還原三價鐵和四價鈦的還原劑，例如鐵屑和 / 或鐵粉，優(yōu)選為鐵粉，特別優(yōu)選為 80-200 目的鐵粉。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明，所述在攪拌條件下優(yōu)選為在機械攪拌條件下，從而更加有利地避免了壓縮空氣攪拌過程中由氧氣氧化而產(chǎn)生的還原劑消耗量大的缺陷。優(yōu)選情況下，以 TiO2計，所述酸解處理的物料中所含有的鈦元素與所述還原劑的摩爾比為 1 ：(0.07-0.09)。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選情況下，所述還原劑可以分兩批加入，其中，第一批還原劑在所述接觸反應(yīng)前加入，第二批還原劑是在所述接觸反應(yīng)進行 30min 后加入，特別優(yōu)選在所述接觸反應(yīng)進行 30-100min 之間加入第二批還原劑。優(yōu)選情況下，以所述還原劑的總用量為100 重量％計，所述第一批還原劑占 80-95 重量％，所述第二批還原劑占 5-20 重量％。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選情況下，所述還原處理的條件包括 ：反應(yīng)溫度為 55-75℃，反應(yīng)時間為 80-130min。更優(yōu)選地，所述還原處理的條件包括 ：反應(yīng)溫度為 60-70℃，反應(yīng)時間為80-100min。
[0022] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，在還原處理中采用的是機械攪拌，機械攪拌速率優(yōu)選為 10-30rpm/min。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明，將含鈦物料經(jīng)過上述酸解處理、浸取處理和還原處理后，再經(jīng)過沉降處理、水解處理和煅燒處理就可以獲得鈦白粉的產(chǎn)品。在本發(fā)明中，對上述沉降處理、水解處理和煅燒處理并沒有特別地限定，只要分別能夠?qū)⑼ㄟ^本發(fā)明的方法獲得的含鈦的浸出液以及含鈦的浸出液中的鈦提取出來即可。
[0024] 其中，所述沉降處理可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的酸法制備鈦白粉工藝中的沉降方法，例如所述沉降處理可以是加入一定比例絮凝劑在沉降槽中靜置，讓鈦液中的固體顆粒絮凝沉降到沉降池底部，其上清液用于水解處理。
[0025] 其中，所述水解處理可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的酸法制備鈦白粉工藝中的水解方法，例如所述水解處理是將沉降處理后的上清液進行水解的過程，可以采用自生晶種水解的方式也可以是外加晶種水解的方式。
[0026] 其中，所述煅燒處理可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的酸法制備鈦白粉工藝中的煅燒方法，例如將水解后的產(chǎn)物 ( 偏鈦酸 ) 送入到回轉(zhuǎn)窯中，與鋅鹽 ( 例如氧化鋅、硫酸鋅、氯化鋅等 )、磷鹽 ( 例如磷酸 ) 和鉀鹽 ( 例如氫氧化鉀、碳酸鉀等 ) 中的一種或多種混合并進行煅6燒，以獲得鈦白粉。
[0027] 以下將通過實施例對本發(fā)明進行詳細描述。
[0028] 以下實施例和對比例中，三價鈦的含量是采用以硫氰酸鉀為指示劑，用硫酸高鐵銨標準溶液滴定的方法進行測定 ；采用色差儀檢測鈦白粉樣品b值(b值表示從黃光到藍光的范圍，其值域為 +127 到 -128，+127 的 b 值表示黃色，-128 的 b 值表示藍色 )，b 值越大表示樣品越黃，b 值越靠近 0 值樣品越白 ；鈦精礦顆粒為過 325 目的篩子，未過篩子的粗顆粒的量為含鈦物料的總量的 15 重量％以下的含鈦物料。
[0029] 實施例 1
[0030] 本實施例用于說明本發(fā)明的鈦白粉的制備方法。
[0031] 將25000kg的鈦精礦顆粒(以TiO2計，鈦含量為46重量％)與硫酸溶液(44117kg，濃度為85重量％)一起加入到酸解鍋中，在反應(yīng)物料中通入壓縮空氣(通入速率為1200m3/h)，并在 160℃反應(yīng) 25min，然后熟化 1.5h 后 ( 此時溫度為 120℃ )，采用 70m
3 水進行稀釋浸出，并將浸出后的物料送入到還原槽中 ( 送入還原槽中的物料的體積為 85m3，且以 TiO2 計，鈦的濃度為 130g/L)。在 65℃、15rpm/min 機械攪拌速度下，加入 500kg 的 80 目鐵粉，并反應(yīng) 100min，然而再加入 80kg 的鐵粉，再反應(yīng) 30min，所得鈦液中的三價鈦的含量為 1.2g/L。將還原后的鈦液進行沉降處理，取出上清液送入水解池，取少量上清液進行濃縮結(jié)晶作為晶種加入水解池中進行水解，得到偏鈦酸經(jīng)過洗滌后在回轉(zhuǎn)窯(最高溫度為850℃)中煅燒4h，得到 9550kg 的鈦白粉，b 值為 2
[0032] 實施例 2
[0033] 本實施例用于說明本發(fā)明的鈦白粉的制備方法。
[0034] 將20000kg的鈦精礦顆粒(以TiO2計，鈦含量為52重量％)與硫酸溶液(36213kg，濃度為84重量％)一起加入到酸解鍋中，在反應(yīng)物料中通入壓縮空氣(通入速率為1400m3/h)，并在 180℃反應(yīng) 17min，然后熟化 2h 后 ( 此時溫度為 126℃ )，采用 60m3 水進行稀釋浸出，并將浸出后的物料送入到還原槽中 ( 送入還原槽中的物料的體積為 74m3，且以 TiO2 計，鈦的濃度為 135g/L)。在 70℃、20rpm/min 機械攪拌速度下，加入 550kg 的 100 目鐵粉，并反應(yīng) 50min，然而再加入 75kg 的鐵粉，再反應(yīng) 30min，所得鈦液中的三價鈦的含量為 1g/L。將還原后的鈦液處理，取出上清液送入水解池，取少量上清液進行濃縮結(jié)晶作為晶種加入水解池中進行水解，得到偏鈦酸經(jīng)過洗滌后在回轉(zhuǎn)窯 ( 最高溫度為 950℃ ) 中煅燒 4.5h，得到9120kg 的鈦白粉，b 值為 2.05。
[0035] 實施例 3
[0036] 本實施例用于說明本發(fā)明的鈦白粉的制備方法。
[0037] 將30000kg的鈦精礦顆粒(以TiO2計，鈦含量為45重量％)與硫酸溶液(53000kg，濃度為85重量％)一起加入到酸解鍋中，在反應(yīng)物料中通入壓縮空氣(通入速度為1300m3/h)，并在 175℃反應(yīng) 30min，然后熟化 1h 后 ( 此時溫度為 100℃ )，采用 80m3 水進行稀釋浸出，并將浸出后的物料送入到還原槽中 ( 送入還原槽中的物料的體積為 93m3，且以 TiO2 計，鈦的濃度為 140g/L)。在 70℃、30rpm/min 機械攪拌速度下，加入 660kg 的 200 目鐵粉，并反應(yīng) 50min，然而再加入 70kg 的鐵粉，再反應(yīng) 30min，所得鈦液中的三價鈦的含量為 1.5g/L。將還原后的鈦液處理，取出上清液送入水解池，取少量上清液進行濃縮結(jié)晶作為晶種加入水解池中進行水解，得到偏鈦酸經(jīng)過洗滌后在回轉(zhuǎn)窯 ( 最高溫度為 800℃ ) 中煅燒 5h，得到 11450kg 的鈦白粉，b 值為 1.95。
[0038] 實施例 4
[0039] 本實施例用于說明本發(fā)明的鈦白粉的制備方法。
[0040] 根據(jù)實施例 1 所述的方法，所不同的是，在還原處理中一次性加入 580kg 的鐵粉，所得鈦液中的三價鈦的含量為 1.1g/L。得到 9550kg 的鈦白粉，b 值為 2.1。
[0041] 對比例 1
[0042] 根據(jù)實施例 1 的方法，所不同的是，直接在酸解鍋中進行還原處理，在在稀釋浸出后繼續(xù)通入壓縮空氣 ( 通入速度為 350m3/h)，所得鈦液中的三價鈦的含量為 0.5g/L，而后得到 9550kg 的鈦白粉，其 b 值大于 3。
[0043] 對比例 2
[0044] 根據(jù)實施例 4 的方法，所不同的是，直接在酸解鍋中進行還原處理，在在稀釋浸出后繼續(xù)通入壓縮空氣 ( 通入速度為 350m3/h)，加入鐵粉 800kg，所得鈦液中的三價鈦的含量為 1.2g/L，而后得到 8632kg( 的鈦白粉，其 b 值為 2.15。
[0045] 通過比較實施例和對比例的結(jié)果可知，采用本發(fā)明的方法可以降低還原劑的用量，獲得白度較高，產(chǎn)量較大的鈦白粉。
[0046] 以上詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0047] 另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。
[0048] 此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。
產(chǎn)品中心
