一種鈦白粉的製備方法

2023-05-31 10:50:16 1

一種鈦白粉的製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種鈦白粉的製備方法，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，向反應體系中通入壓縮空氣，在浸取處理結束後，停止通入所述壓縮空氣，並在攪拌條件下，將浸取處理後的物料與還原劑進行接觸反應，其中，以TiO2計，所述浸取處理後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)。採用本發明的方法可以降低還原劑的用量，並獲得白度較高的鈦白粉。
【專利說明】一種鈦白粉的製備方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鈦白粉的製備方法。

【背景技術】
[0002]在硫酸法生產鈦白粉(二氧化鈦)的工藝中，由於三價鐵的水解pH和鈦液水解pH接近，如果鈦液中存在三價鐵離子，那麼在生產工藝的鈦液水解處理中就會產生較多的三價鐵的水解產物吸附到二氧化鈦表面並且難以衝洗乾淨，影響最終生產的鈦白粉產品的白度。通常,為了防止酸解後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，從而可以保持隨後的各個工藝環節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方法是通入壓縮空氣的條件下直接在酸解裝置內向酸解完成後的鈦液中加入鐵粉，並在70°C左右進行還原反應。但是，通過該方法生產鈦白粉需要使用大量的鐵粉，存在製備成本高的問題。


【發明內容】

[0003]本發明的目的在於克服現有的硫酸法生產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、成本低的鈦白粉的製備方法。
[0004]本發明的發明人經過深入研究發現，在製備鈦白粉的過程中，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致鐵粉的消耗量較大，為了克服該缺陷，發明人在浸取處理結束後停止了壓縮空氣的通入，而在還原處理中採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，從而完成了本發明。
[0005]另外，本發明的發明人推測能夠減少還原劑的用量的原因在於:在本發明中，在浸取處理結束後，停止通入所述壓縮空氣，由此能夠防止在還原反應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]為了實現上述目的，本發明提供一種鈦白粉的製備方法，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，向反應體系中通入壓縮空氣，在浸取處理結束後，停止通入所述壓縮空氣，並在攪拌條件下，將浸取處理後的物料與還原劑進行接觸反應，其中，以T12計，所述浸取處理後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]通過採用本發明的鈦白粉的製備方法，由於在浸取處理結束後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，降低了成產成本，增大了生產效率。
[0008]本發明的其它特徵和優點將在隨後的【具體實施方式】部分予以詳細說明。

【具體實施方式】
[0009]以下對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用於說明和解釋本發明，並不用於限制本發明。
[0010]本發明提供一種鈦白粉的製備方法，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，向反應體系中通入壓縮空氣，在浸取處理結束後，停止通入所述壓縮空氣，並在攪拌條件下，將浸取處理後的物料與還原劑進行接觸反應，其中，以T12計，所述浸取處理後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]本發明的發明人還發現，由於酸解後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於工業化生產來說是不合適的，因此，特別優選地，發明人將在酸解裝置中經過浸取處理的物料送入到外部的還原槽中，並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有的還原處理中採用壓縮空氣攪拌的缺陷從而降低了鐵粉或鐵屑的消耗量，又可以實現連續化的工業生產。值得說明的是，在本發明中，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，所述攪拌條件並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]在本發明的一種優選的實施方式中，所述鈦白粉的製備方法包括: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，並且在浸取處理結束後，停止通入所述壓縮空氣，並將浸取處理後的物料送入到還原槽中，在機械攪拌條件下，將浸取處理後的物料與還原劑進行接觸反應，其中，以T12計，所述浸取處理後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)。這裡的還原槽是獨立於酸解裝置的外部的，其配置有機械攪拌裝置。採用該優選的實施方式，不僅可以實現對所述還原劑用量的降低，還可以實現鈦白粉的連續工業化生產，低成本高收益。
[0013]通常的硫酸法製備鈦白粉所採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。由於鈦渣冶煉過程中已經除去了大部分鐵並含有較多的三價鈦，因而鈦渣酸解後的鈦液不需要進行還原。因此，在本發明中，所述含鈦物料特別優選為鈦鐵礦等未經過冶煉的含鈦礦石。此外，所述含鈦物料的鈦含量(以T12計)優選為40-60重量％。
[0014]根據本發明，所述含鈦物料為了便於酸解處理，優選採用325目以下的篩餘量為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]根據本發明，所述酸解處理可以採用常規的酸法製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後加入約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體系溫度升到80-120°C左右，在此溫度下鈦礦中的鐵、鎂、鈣等相繼與硫酸反應相續放出熱量將溫度升到約150-180°C。硫酸溶液的用量可以根據含鈦物料的量和組成進行調整，例如，相對於I噸的40-60重量％的鈦(以T12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更加充分，會通入壓縮空氣進行攪拌，例如採用通入速率優選為1000-1500m3/h的壓縮空氣，直到酸解反應結束，而為了獲得更多的鈦的酸解產物(例如硫酸氧鈦)，通常還需要將酸解後的物料優選進行保溫熟化，保溫熟化後需要加入水或稀硫酸將熟化中固化的酸解產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(通入速率優選為200-400m3/h)進行攪拌，浸取出來的物料中鈦元素的含量(以T12計)優選為120-140g/L，並同時攜帶有其它溶解產物和不溶的小顆粒物料。而本發明的酸解處理和浸取處理也可以採用這樣的方法進行。
[0017]然而僅經過酸解處理和浸取處理後的物料中含有三價鐵離子，在還原處理中主要目的就在於將三價鐵離子還原為二價鐵離子，同時產生一定量的三價鈦離子，產生的三價鈦粒子可以在後續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，經還原處理後，需要產生的三價鈦的含量在0.8g/L以上。而在本發明中，優選地，經過所述還原處理中的接觸反應後的物料中三價鈦的含量為0.8-2g/L。
[0018]根據本發明，在所述還原處理中，所述還原劑可以是本領域常規在製備鈦白粉用於還原三價鐵和四價鈦的還原劑，例如鐵屑和/或鐵粉，優選為鐵粉，特別優選為80-200目的鐵粉。
[0019]根據本發明，所述在攪拌條件下優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生的還原劑消耗量大的缺陷。優選情況下，以T12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]根據本發明，優選情況下，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前加入，第二批還原劑是在所述接觸反應進行30min後加入，特別優選在所述接觸反應進行30-100min之間加入第二批還原劑。優選情況下，以所述還原劑的總用量為100重量％計，所述第一批還原劑佔80-95重量所述第二批還原劑佔5-20重量％。
[0021]根據本發明，優選情況下，所述還原處理的條件包括:反應溫度為55_75°C，反應時間為80-130min。更優選地，所述還原處理的條件包括:反應溫度為60_70°C，反應時間為80_100mino
[0022]在本發明的一種優選實施方式中，在還原處理中採用的是機械攪拌，機械攪拌速率優選為 10-30rpm/min。
[0023]根據本發明，將含鈦物料經過上述酸解處理、浸取處理和還原處理後，再經過沉降處理、水解處理和煅燒處理就可以獲得鈦白粉的產品。在本發明中，對上述沉降處理、水解處理和煅燒處理並沒有特別地限定，只要分別能夠將通過本發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，所述沉降處理可以採用本領域常規的酸法製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，其上清液用於水解處理。
[0025]其中，所述水解處理可以採用本領域常規的酸法製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後的上清液進行水解的過程，可以採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，所述煅燒處理可以採用本領域常規的酸法製備鈦白粉工藝中的煅燒方法，例如將水解後的產物(偏鈦酸)送入到迴轉窯中，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併進行煅燒，以獲得欽白粉。
[0027]以下將通過實施例對本發明進行詳細描述。
[0028]以下實施例和對比例中，三價鈦的含量是採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；採用色差儀檢測鈦白粉樣品b值(b值表示從黃光到藍光的範圍，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O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]本實施例用於說明本發明的鈦白粉的製備方法。
[0031]將25000kg的鈦精礦顆粒(以T12計，鈦含量為46重量％)與硫酸溶液(44117kg，濃度為85重量％) —起加入到酸解鍋中，在反應物料中通入壓縮空氣(通入速率為1200m3/h)，並在160°C反應25min，然後熟化1.5h後(此時溫度為120°C )，採用70m3水進行稀釋浸出，並將浸出後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T12計，鈦的濃度為130g/L)。在65.?、15 ρπι/η?η機械攪拌速度下,加入500kg的80目鐵粉,並反應lOOmin，然而再加入80kg的鐵粉，再反應30min，所得鈦液中的三價鈦的含量為1.2g/L。將還原後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晶作為晶種加入水解池中進行水解，得到偏鈦酸經過洗滌後在迴轉窯(最高溫度為850°C)中煅燒4h，得到9550kg的鈦白粉，b值為2。
[0032]實施例2
[0033]本實施例用於說明本發明的鈦白粉的製備方法。
[0034]將20000kg的鈦精礦顆粒(以T12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，在反應物料中通入壓縮空氣(通入速率為1400m3/h)，並在180°C反應17min，然後熟化2h後(此時溫度為126°C )，採用60m3水進行稀釋浸出，並將浸出後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T12計，鈦的濃度為135g/L)。在70°C、20rpm/min機械攪拌速度下，加入550kg的100目鐵粉，並反應50min，然而再加入75kg的鐵粉，再反應30min，所得鈦液中的三價鈦的含量為lg/L。將還原後的鈦液處理，取出上清液送入水解池，取少量上清液進行濃縮結晶作為晶種加入水解池中進行水解，得到偏鈦酸經過洗滌後在迴轉窯(最高溫度為950°C)中煅燒4.5h，得到9120kg的鈦白粉，b值為2.05。
[0035]實施例3
[0036]本實施例用於說明本發明的鈦白粉的製備方法。
[0037]將30000kg的鈦精礦顆粒(以T12計，鈦含量為45重量％ )與硫酸溶液(53000kg，濃度為85重量％) —起加入到酸解鍋中，在反應物料中通入壓縮空氣(通入速度為1300m3/h)，並在175°C反應30min，然後熟化Ih後(此時溫度為100°C )，採用80m3水進行稀釋浸出，並將浸出後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T12計，鈦的濃度為140g/L)。在70°C、30rpm/min機械攪拌速度下，加入660kg的200目鐵粉，並反應50min，然而再加入70kg的鐵粉，再反應30min，所得鈦液中的三價鈦的含量為1.5g/L。將還原後的鈦液處理，取出上清液送入水解池，取少量上清液進行濃縮結晶作為晶種加入水解池中進行水解，得到偏鈦酸經過洗滌後在迴轉窯(最高溫度為800°C)中煅燒5h，得到11450kg的鈦白粉，b值為1.95。
[0038]實施例4
[0039]本實施例用於說明本發明的鈦白粉的製備方法。
[0040]根據實施例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.lg/L。得到9550kg的鈦白粉，b值為2.1。
[0041]對比例I
[0042]根據實施例1的方法，所不同的是，直接在酸解鍋中進行還原處理，在在稀釋浸出後繼續通入壓縮空氣(通入速度為350m3/h)，所得鈦液中的三價鈦的含量為0.5g/L，而後得到9550kg的鈦白粉，其b值大於3。
[0043]對比例2
[0044]根據實施例4的方法，所不同的是，直接在酸解鍋中進行還原處理，在在稀釋浸出後繼續通入壓縮空氣(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，而後得到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果可知，採用本發明的方法可以降低還原劑的用量，獲得白度較高，產量較大的鈦白粉。
[0046]以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明並不限於上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思範圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬於本發明的保護範圍。
[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特徵，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複，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。
[0048]此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。
【權利要求】
1.一種鈦白粉的製備方法，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，其特徵在於，在所述酸解處理和浸取處理中，向反應體系中通入壓縮空氣，在浸取處理結束後，停止通入所述壓縮空氣，並在攪拌條件下，將浸取處理後的物料與還原劑進行接觸反應，其中，以T12計，所述浸取處理後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)。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，以T12計，所述浸取處理後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)。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述還原劑為鐵粉和/或鐵屑。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述還原劑為鐵粉。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，所述還原處理的條件包括:反應溫度為55-75V，反應時間為80-130min。
6.根據權利要求1-5中任意一項所述的方法，其中，在所述還原處理中，所述還原劑分兩批加入，第一批還原劑是在所述接觸反應前加入，第二批還原劑是在所述接觸反應進行30min後加入。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，以所述還原劑的總用量為100重量％計，所述第一批還原劑佔80-95重量％，所述第二批還原劑佔5-20重量％。
8.根據權利要求1-7中任意一項所述的方法，其中，所述接觸反應後的物料中三價鈦的含量為0.8-2g/L。
9.根據權利要求1-8中任意一項所述的方法，其中，以T12計，所述浸取處理後的物料中鈦元素的含量為120-140g/L。
【文檔編號】C01G23/08GK104071835SQ201410305431
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月30日 優先權日:2014年6月30日
【發明者】吳健春, 路瑞芳, 王斌 申請人:攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司