利用鹼溶濾液製備煅燒晶種的方法與流程

2023-06-05 21:05:46 4

本發明涉及一種鈦白粉的生產工藝，尤其是一種硫酸法鈦白粉的生產工藝。

背景技術：

硫酸法生產鈦白粉是將鈦精礦與濃硫酸進行酸解反應生產硫酸亞鈦，經水解生成偏鈦酸，再經煅燒、粉碎即得到鈦白粉產品。此法可生產銳鈦型和金紅石型鈦白粉。典型的硫酸法鈦白粉生產工藝包括以下步驟：

(1)用鈦精礦或酸溶性鈦渣與硫酸進行酸解反應，得到硫酸氧鈦溶液；

(2)水解硫酸氧鈦溶液得到粗偏鈦酸漿料；

(3)對粗偏鈦酸漿料進行漂白、加煅燒晶種，水洗，得到水洗合格偏鈦酸；

(4)水洗合格偏鈦酸進行鹽處理，得預處理偏鈦酸；

(5)煅燒：預處理偏鈦酸送入轉窯煅燒得到鈦白粉基料；

(6)鈦白粉基料經過後處理工序製得鈦白粉產品。

硫酸法生產鈦白粉的優點是能以價低易得的鈦鐵礦與硫酸為原料，技術較成熟，設備簡單，防腐蝕材料易解決。其缺點是流程長，只能以間歇操作為主，硫酸、水消耗高，廢物及副產物多，對環境汙染大。因此，如何有效處理或回收利用硫酸法生產鈦白粉所產生的副廢，是目前硫酸法鈦白粉技術改進的重點。

硫酸法生產金紅石鈦白粉過程中，煅燒是得到具有初級顏料性能粒子的關鍵工序，為了確保煅燒粒子的粒徑可控，易於研磨，通常需加入煅燒晶種。典型的煅燒晶種製備工藝可概括如下：

(1)鹼溶，取部分水洗合格偏鈦酸與氫氧化鈉混合加熱至沸騰，得到鹼溶漿料，過濾鹼溶漿料得到濾餅和鹼溶濾液；

(2)水洗，洗滌濾餅，得到水洗餅和鹼溶洗滌液；

(3)中和，中和水洗餅得正鈦酸；

(4)酸溶，正鈦酸與鹽酸混合發生酸溶，稀釋後得到煅燒晶種漿料。

上述步驟中所述的鹼溶濾液的主要成分為naoh，質量濃度15～20％，以及1.0～2.0％的硫酸鈉(因水洗合格的偏鈦酸含10％左右的結合或吸附硫酸)，還含有少量以鈦酸鈉為主的不溶物雜質。該鹼溶濾液量大，噸鹼溶漿料的生產約產生15噸鹼溶濾液，難以回收利用，通常只能作為廢鹼液排放，造成嚴重環境汙染。

公開號為cn102616836a的專利文件將該鹼溶濾液和鹼溶洗滌液收集後濃縮成稠漿，與硫酸混合高溫加熱，最後再加入還原劑鋁粉，從而製得三價鈦溶液。實現了鹼溶濾液的回收利用，但該回收方法較為複雜且耗能太高，因此推廣價值較低。且回收量較小，無法回收大量鹼溶濾液。

目前常用的回收方法為將鹼溶濾液收集到儲槽進行沉降，得到的清液送至煅燒尾氣處理，下層稠漿直接返回鈦白粉水洗系統回收二氧化鈦。該方法實際生產中需配備大型的沉降裝置和過濾設備，成本較高，工序複雜，且即便進行沉降處理，鹼溶濾液中仍然含有硫酸鈉等無法分離的可溶性雜質，因此得到的清液也只能用於尾氣洗滌等低價值回收(尾氣處理廢液直接排汙水站進行中和處理，本質上仍然是將清液作為廢鹼中和後排放)。

技術實現要素：

為實現鹼溶濾液的低成本、高價值回收，並降低煅燒晶種的生產成本，本發明提供了一種利用鹼溶濾液製備煅燒晶種的方法。

本發明所採用的技術方案是：利用鹼溶濾液製備煅燒晶種的方法，包括以下步驟：

a、取部分鹼溶濾液與水洗合格偏鈦酸混合進行打漿，得到偏鈦酸漿料；

b、另取部分鹼溶濾液與氫氧化鈉試劑進行混合，得到混合鹼液；

c、將混合鹼液與偏鈦酸漿料混合加熱鹼溶，得到鹼溶漿料；

d、鹼溶漿料依次經冷卻、稀釋、過濾得濾餅和鹼溶濾液，鹼溶濾液收集後返回步驟a和b進行循環使用；

e、濾餅依次經水洗、打漿、中和、酸溶得到煅燒晶種。

發明人認為，目前對鹼溶濾液的回收利用受限於副廢處理的習慣思維，這種思維引導技術人員按照常規行業習慣來進行鹼溶濾液處理。例如作為副廢排放或分別回收鹼溶濾液中氫氧化鈉成分或含鈦不溶物中的鈦。

而發明人在本發明中提出鹼溶濾液無需進行任何除雜處理即可進行回收製備煅燒晶種。因為實際上在煅燒晶種的製備過程中，對鹼溶濾餅進行水洗的目的在於充分去除殘留的氫氧化鈉和硫酸根，而鹼溶濾餅的成分本身就是鈦酸鈉，因此鹼溶濾液中所含雜質不會對煅燒晶種的質量造成任何影響(硫酸鈉可經後續水洗工序去除，含鈦不溶物本身就是煅燒晶種生產原料)。據此發明人設計了本發明的方法來回收鹼溶濾液用於製備煅燒晶種。

本發明步驟b中的氫氧化鈉試劑指的是固體氫氧化鈉或氫氧化鈉溶液，氫氧化鈉溶液的濃度需要高於所需配製的混合鹼液的濃度(通常在煅燒晶種製備過程中用於水洗合格偏鈦酸鹼溶的氫氧化鈉溶液的質量濃度在35～55％之間，因此當本發明中所述的氫氧化鈉試劑為氫氧化鈉溶液時，其質量濃度應當至少在35％以上)。

本領域技術人員應當理解，本發明的鹼溶濾液應當做廣義理解，包括鹼溶濾液和鹼溶洗滌液，因鹼溶洗滌液本身相當於稀釋後的鹼溶濾液，仍然可以用同樣的原理和方法進行回收。

作為本發明的進一步改進，步驟b中所述氫氧化鈉試劑為固體氫氧化鈉，以便於配製目標濃度的混合鹼液。

作為本發明的進一步改進，步驟b所得混合鹼液中氫氧化鈉的質量濃度為35％～55％。

作為本發明的進一步改進，步驟e中水洗工序的洗滌終點為產生的洗水中無硫酸根檢出且洗水中naoh≤5.0g/l。由於硫酸根是金紅石轉化的強烈抑制劑，因此煅燒晶種中含有硫酸根會影響最終鈦白粉產品質量，需要去除徹底。

作為本發明的進一步改進，步驟c中混合鹼液(以naoh計)和偏鈦酸漿料(以tio2計)的質量比為1.0～5.0:1。

作為本發明的進一步改進，步驟c的鹼溶工序具體為：將混合鹼液與偏鈦酸漿料混合加熱至100～110℃，並在此溫度下保沸60～180min得到鹼溶漿料，以保證偏鈦酸漿料充分溶解在混合鹼液中。

本發明的有益效果是：1)提供了一種鹼溶濾液的簡便回收方法，該方法克服了習慣上將鹼溶濾液做廢鹼液處理的技術偏見，實現鹼溶濾液的高價值回收。2)該回收方法無需對鹼溶濾液進行除雜、分離或其他處理，回收成本低，且能同時回收鹼溶濾液中的鈦和氫氧化鈉；3)提供了一種經濟的煅燒晶種的製備方法，該方法可減少氫氧化鈉的消耗。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明進一步說明。

說明：以下實施例和對比例中物質的百分比含量未經特別說明均指質量百分比。

實施例一：

按照以下步驟利用鹼溶濾液製備煅燒晶種：

(1)取水洗合格偏鈦酸，加入鹼溶濾液(naoh＝17.8％，na2so4＝1.2％)打漿至所得偏鈦酸漿料中tio2＝303g/l。

(2)另取部分鹼溶濾液，向其中加入固體氫氧化鈉，使得到的混合鹼液中naoh＝41％。

(3)將步驟(2)得到的混合鹼液與步驟(1)得到的偏鈦酸漿料進行混合，調節混合漿料中naoh：tio2＝1.50(質量比)，充分混合後，加熱至110℃使混合漿料沸騰，並維持該溫度保沸90min，得到鹼溶漿料。

(4)向鹼溶漿料中加水稀釋至漿料中tio2＝150g/l，對稀釋後的漿料進行壓濾，得到濾餅和鹼溶濾液，並對濾餅進行洗滌得到鹼溶洗滌液和水洗餅。收集鹼溶濾液和鹼溶洗滌液進行循環使用。

(5)水洗餅加水打漿至tio2＝211g/l，加入鹽酸進行中和，酸溶，得到金紅石型煅燒晶種。

(6)檢測煅燒晶種金紅石轉化率，bet，粒徑。檢測結果見表1。

實施例二：

按照以下步驟利用鹼溶濾液製備煅燒晶種：

(1)取水洗合格偏鈦酸，加入鹼溶濾液(naoh＝17.8％，na2so4＝1.2％)打漿至所得偏鈦酸漿料中tio2＝321g/l。

(2)另取部分鹼溶濾液，向其中加入50％的氫氧化鈉溶液，使得到的混合鹼液中naoh＝35％。

(3)將步驟(2)得到的混合鹼液與步驟(1)得到的偏鈦酸漿料進行混合，調節混合漿料中naoh：tio2＝3.10(質量比)，充分混合後，加熱至115℃使混合漿料沸騰，並維持該溫度保沸180min，得到鹼溶漿料。

(4)向鹼溶漿料中加水稀釋至漿料中tio2＝155g/l，對稀釋後的漿料進行壓濾，得到濾餅和鹼溶濾液，並對濾餅進行洗滌得到鹼溶洗滌液和水洗餅。收集鹼溶濾液和鹼溶洗滌液進行循環使用。

(5)水洗餅加水打漿至tio2＝192g/l，加入鹽酸進行中和，酸溶，得到金紅石型煅燒晶種。

(6)檢測煅燒晶種金紅石轉化率，bet，粒徑。檢測結果見表1。

對比例三：

按照以下步驟用氫氧化鈉溶液製備煅燒晶種

(1)取水洗合格偏鈦酸漿料1000ml(其中tio2＝300g/l)，向其中加入40％的氫氧化鈉溶液1125g，維持總naoh/tio2＝1.50(質量比)。

(2)充分混合後，升溫至110℃使其沸騰，並保沸90min，得到鹼溶漿料。

(3)向鹼溶漿料中加水稀釋至tio2＝151g/l，對稀釋後的漿料進行壓濾，得到濾餅和鹼溶濾液，並對濾餅進行洗滌得到鹼溶洗滌液和水洗餅。

(4)水洗餅加水打漿至tio2＝204g/l，加入鹽酸進行中和，酸溶，得到金紅石型煅燒晶種。

(5)檢測煅燒晶種金紅石轉化率，bet，粒徑。檢測結果見表1。

表1：煅燒晶種檢測結果表