一种钛白粉的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种钛白粉的制备方法。

背景技术

[0002] 在硫酸法生产钛白粉 ( 二氧化钛 ) 的工艺中，由于三价铁的水解 pH 和钛液水解 pH接近，如果钛液中存在三价铁离子，那么在生产工艺的钛液水解处理中就会产生较多的三价铁的水解产物吸附到二氧化钛表面并且难以冲洗干净，影响最终生产的钛白粉产品的白度。通常，为了防止酸解后的钛液中的亚铁离子氧化成三价铁离子，就要求钛液中含有一定浓度三价钛离子，从而可以保持随后的各个工艺环节中铁以二价铁离子的形式存在。将钛液中的部分钛还原为三价钛的传统方法是通入压缩空气的条件下直接在酸解装置内向酸解完成后的钛液中加入铁粉，并在70℃左右进行还原反应。但是，通过该方法生产钛白粉需要使用大量的铁粉，存在制备成本高的问题。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于克服现有的硫酸法生产钛白粉工艺中铁粉消耗量大、成本高的问题，提供了一种还原剂消耗量小、成本低的钛白粉的制备方法。

[0004] 本发明的发明人经过深入研究发现，在制备钛白粉的过程中，如果在通入压缩空气进行搅拌下，在酸解装置中直接进行铁粉还原处理会导致铁粉的消耗量较大，为了克服该缺陷，发明人在浸取处理结束后停止了压缩空气的通入，而在还原处理中采用除通入压缩空气以外的其他搅拌方式，从而克服了上述缺陷，降低了还原剂的用量，从而完成了本发明。

[0005] 另外，本发明的发明人推测能够减少还原剂的用量的原因在于：在本发明中，在浸取处理结束后，停止通入所述压缩空气，由此能够防止在还原反应中还原出的三价钛和二价铁被重新氧化成四价钛和三价铁，从而无需再次通过还原剂将该重新氧化成的四价钛和三价铁再次还原成三价钛和二价铁，由此显著地减少了还原剂的用量。

[0006] 为了实现上述目的，本发明提供一种钛白粉的制备方法，该方法包括：将含钛物料依次进行酸解处理、浸取处理、还原处理、沉降处理、水解处理和煅烧处理，其中，在所述酸解处理和浸取处理中，向反应体系中通入压缩空气，在浸取处理结束后，停止通入所述压缩空气，并在搅拌条件下，将浸取处理后的物料与还原剂进行接触反应，其中，以 TiO2 计，所述浸取处理后的物料中所含有的钛元素与所述还原剂的摩尔比为 1 ：(0.06-0.95)。

[0007] 通过采用本发明的钛白粉的制备方法，由于在浸取处理结束后停止了压缩空气的通入，由此可以以较低用量的还原剂获得三价钛浓度满足要求的钛浸取液，从而获得白度较高的钛白粉，降低了成产成本，增大了生产效率。

[0008] 本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

4[0009] 以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

[0010] 本发明提供一种钛白粉的制备方法，该方法包括：将含钛物料依次进行酸解处理、浸取处理、还原处理、沉降处理、水解处理和煅烧处理，其中，在所述酸解处理和浸取处理中，向反应体系中通入压缩空气，在浸取处理结束后，停止通入所述压缩空气，并在搅拌条件下，将浸取处理后的物料与还原剂进行接触反应，其中，以 TiO2 计，所述浸取处理后的物料中所含有的钛元素与所述还原剂的摩尔比为 1 ：(0.06-0.95)。

[0011] 本发明的发明人还发现，由于酸解后的物料会在熟化过程中固化，在酸解装置中直接安装搅拌装置对于工业化生产来说是不合适的，因此，特别优选地，发明人将在酸解装置中经过浸取处理的物料送入到外部的还原槽中，并在该还原槽中在机械搅拌下进行还原处理，从而既成功地避免了现有的还原处理中采用压缩空气搅拌的缺陷从而降低了铁粉或铁屑的消耗量，又可以实现连续化的工业生产。值得说明的是，在本发明中，虽然通入压缩空气的目的也是为了进行搅拌，但是在还原处理中的，所述搅拌条件并不包括该通入压缩空气的搅拌方式，其可以是机械搅拌、磁力搅拌或超声波搅拌。

[0012] 在本发明的一种优选的实施方式中，所述钛白粉的制备方法包括：将含钛物料依次进行酸解处理、浸取处理、还原处理、沉降处理、水解处理和煅烧处理，其中，所述酸解处理和浸取处理是在酸解装置中进行，并且在浸取处理结束后，停止通入所述压缩空气，并将浸取处理后的物料送入到还原槽中，在机械搅拌条件下，将浸取处理后的物料与还原剂进行接触反应，其中，以 TiO2 计，所述浸取处理后的物料中所含有的钛元素与所述还原剂的摩尔比为 1 ：(0.06-0.95)。这里的还原槽是独立于酸解装置的外部的，其配置有机械搅拌装置。采用该优选的实施方式，不仅可以实现对所述还原剂用量的降低，还可实现钛白粉的连续工业化生产，低成本高收益

[0013] 通常的硫酸法制备钛白粉所采用的钛原料为钛含量较高的精选的钛铁矿即钛精矿以及由钛精矿冶炼而得的钛渣等。由于钛渣冶炼过程中已经除去了大部分铁并含有较多的三价钛，因而钛渣酸解后的钛液不需要进行还原。因此，在本发明中，所述含钛物料特别优选为钛铁矿等未经过冶炼的含钛矿石。此外，所述含钛物料的钛含量 ( 以 TiO2 计 ) 优选为 40-60 重量％。

[0014] 根据本发明，所述含钛物料为了便于酸解处理，优选采用 325 目以下的筛余量为15 重量％以下的含钛物料 ( 即将含钛物料过 325 目的筛子，未过筛子的粗颗粒的量仅为含钛物料的总量的 15 重量％以下 )。

[0015] 根据本发明，所述酸解处理可以采用常规的酸法制备钛白粉的工艺中的酸解处理方法，例如，将含钛物料与约 90-94 重量％的硫酸溶液混合均匀后加入约 20-25 重量％的硫酸溶液或者水将体系中的硫酸溶液稀释到 84-86 重量％，稀释过程中放出的热量可将反应体系温度升到 80-120℃左右，在此温度下钛矿中的铁、镁、钙等相继与硫酸反应相续放出热量将温度升到约 150-180℃。硫酸溶液的用量可以根据含钛物料的量和组成进行调整，例如，相对于 1 吨的 40-60 重量％的钛 ( 以 TiO2 计 ) 的钛精矿，体系中的 84-86 重量％的硫酸溶液的量可以为 1450-1650kg。此外，硫酸溶液的溶剂优选为水

[0016] 通常，在所述酸解处理中，为了使得硫酸溶液和含钛物料反应更加充分，会通入压缩空气进行搅拌，例如采用通入速率优选为 1000-1500m3/h 的压缩空气，直到酸解反应结5束，而为了获得更多的钛的酸解产物 ( 例如硫酸氧钛 )，通常还需要将酸解后的物料优选进行保温熟化，保温熟化后需要加入水或稀硫酸将熟化中固化的酸解产物稀释浸出即进行所述浸取处理，在所述浸取处理过程中也需要通入压缩空气 ( 通入速率优选为 200-400m3/h)进行搅拌，浸取出来的物料中钛元素的含量 ( 以 TiO2 计 ) 优选为 120-140g/L，并同时携带有其它溶解产物和不溶的小颗粒物料。而本发明的酸解处理和浸取处理也可以用这样的方法进行。

[0017] 然而仅经过酸解处理和浸取处理后的物料中含有三价铁离子，在还原处理中主要目的就在于将三价铁离子还原为二价铁离子，同时产生一定量的三价钛离子，产生的三价钛粒子可以在后续的其他处理中保证二价铁离子不再氧化为三价铁离子，通常，经还原处理后，需要产生的三价钛的含量在 0.8g/L 以上。而在本发明中，优选地，经过所述还原处理中的接触反应后的物料中三价钛的含量为 0.8-2g/L。

[0018] 根据本发明，在所述还原处理中，所述还原剂可以是本领域常规在制备钛白粉用于还原三价铁和四价钛的还原剂，例如铁屑和 / 或铁粉，优选为铁粉，特别优选为 80-200 目的铁粉。

[0019] 根据本发明，所述在搅拌条件下优选为在机械搅拌条件下，从而更加有利地避免了压缩空气搅拌过程中由氧气氧化而产生的还原剂消耗量大的缺陷。优选情况下，以 TiO2计，所述酸解处理的物料中所含有的钛元素与所述还原剂的摩尔比为 1 ：(0.07-0.09)。

[0020] 根据本发明，优选情况下，所述还原剂可以分两批加入，其中，第一批还原剂在所述接触反应前加入，第二批还原剂是在所述接触反应进行 30min 后加入，特别优选在所述接触反应进行 30-100min 之间加入第二批还原剂。优选情况下，以所述还原剂的总用量为100 重量％计，所述第一批还原剂占 80-95 重量％，所述第二批还原剂占 5-20 重量％。

[0021] 根据本发明，优选情况下，所述还原处理的条件包括：反应温度为 55-75℃，反应时间为 80-130min。更优选地，所述还原处理的条件包括：反应温度为 60-70℃，反应时间为80-100min。

[0022] 在本发明的一种优选实施方式中，在还原处理中采用的是机械搅拌，机械搅拌速率优选为 10-30rpm/min。

[0023] 根据本发明，将含钛物料经过上述酸解处理、浸取处理和还原处理后，再经过沉降处理、水解处理和煅烧处理就可以获得钛白粉的产品。在本发明中，对上述沉降处理、水解处理和煅烧处理并没有特别地限定，只要分别能够将通过本发明的方法获得的含钛的浸出液以及含钛的浸出液中的钛提取出来即可。

[0024] 其中，所述沉降处理可以采用本领域常规的酸法制备钛白粉工艺中的沉降方法，例如所述沉降处理可以是加入一定比例絮凝剂在沉降槽中静置，让钛液中的固体颗粒絮凝沉降到沉降池底部，其上清液用于水解处理。

[0025] 其中，所述水解处理可以采用本领域常规的酸法制备钛白粉工艺中的水解方法，例如所述水解处理是将沉降处理后的上清液进行水解的过程，可以采用自生晶种水解的方式也可以是外加晶种水解的方式。

[0026] 其中，所述煅烧处理可以采用本领域常规的酸法制备钛白粉工艺中的煅烧方法，例如将水解后的产物 ( 偏钛酸 ) 送入到回转窑中，与锌盐 ( 例如氧化锌、硫酸锌、氯化锌等 )、磷盐 ( 例如磷酸 ) 和钾盐 ( 例如氢氧化钾、碳酸钾等 ) 中的一种或多种混合并进行煅6烧，以获得钛白粉。

[0027] 以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

[0028] 以下实施例和对比例中，三价钛的含量是采用以硫氰酸钾为指示剂，用硫酸高铁铵标准溶液滴定的方法进行测定；采用色差仪检测钛白粉样品b值(b值表示从黄光到蓝光的范围，其值域为 +127 到 -128，+127 的 b 值表示黄色，-128 的 b 值表示蓝色 )，b 值越大表示样品越黄，b 值越靠近 0 值样品越白；钛精矿颗粒为过 325 目的筛子，未过筛子的粗颗粒的量为含钛物料的总量的 15 重量％以下的含钛物料。

[0029] 实施例 1

[0030] 本实施例用于说明本发明的钛白粉的制备方法。

[0031] 将25000kg的钛精矿颗粒(以TiO2计，钛含量为46重量％)与硫酸溶液(44117kg，浓度为85重量％)一起加入到酸解锅中，在反应物料中通入压缩空气(通入速率为1200m3/h)，并在 160℃反应 25min，然后熟化 1.5h 后 ( 此时温度为 120℃ )，采用 70m

3 水进行稀释浸出，并将浸出后的物料送入到还原槽中 ( 送入还原槽中的物料的体积为 85m3，且以 TiO2 计，钛的浓度为 130g/L)。在 65℃、15rpm/min 机械搅拌速度下，加入 500kg 的 80 目铁粉，并反应 100min，然而再加入 80kg 的铁粉，再反应 30min，所得钛液中的三价钛的含量为 1.2g/L。将还原后的钛液进行沉降处理，取出上清液送入水解池，取少量上清液进行浓缩结晶作为晶种加入水解池中进行水解，得到偏钛酸经过洗涤后在回转窑(最高温度为850℃)中煅烧4h，得到 9550kg 的钛白粉，b 值为 2

[0032] 实施例 2

[0033] 本实施例用于说明本发明的钛白粉的制备方法。

[0034] 将20000kg的钛精矿颗粒(以TiO2计，钛含量为52重量％)与硫酸溶液(36213kg，浓度为84重量％)一起加入到酸解锅中，在反应物料中通入压缩空气(通入速率为1400m3/h)，并在 180℃反应 17min，然后熟化 2h 后 ( 此时温度为 126℃ )，采用 60m3 水进行稀释浸出，并将浸出后的物料送入到还原槽中 ( 送入还原槽中的物料的体积为 74m3，且以 TiO2 计，钛的浓度为 135g/L)。在 70℃、20rpm/min 机械搅拌速度下，加入 550kg 的 100 目铁粉，并反应 50min，然而再加入 75kg 的铁粉，再反应 30min，所得钛液中的三价钛的含量为 1g/L。将还原后的钛液处理，取出上清液送入水解池，取少量上清液进行浓缩结晶作为晶种加入水解池中进行水解，得到偏钛酸经过洗涤后在回转窑 ( 最高温度为 950℃ ) 中煅烧 4.5h，得到9120kg 的钛白粉，b 值为 2.05。

[0035] 实施例 3

[0036] 本实施例用于说明本发明的钛白粉的制备方法。

[0037] 将30000kg的钛精矿颗粒(以TiO2计，钛含量为45重量％)与硫酸溶液(53000kg，浓度为85重量％)一起加入到酸解锅中，在反应物料中通入压缩空气(通入速度为1300m3/h)，并在 175℃反应 30min，然后熟化 1h 后 ( 此时温度为 100℃ )，采用 80m3 水进行稀释浸出，并将浸出后的物料送入到还原槽中 ( 送入还原槽中的物料的体积为 93m3，且以 TiO2 计，钛的浓度为 140g/L)。在 70℃、30rpm/min 机械搅拌速度下，加入 660kg 的 200 目铁粉，并反应 50min，然而再加入 70kg 的铁粉，再反应 30min，所得钛液中的三价钛的含量为 1.5g/L。将还原后的钛液处理，取出上清液送入水解池，取少量上清液进行浓缩结晶作为晶种加入水解池中进行水解，得到偏钛酸经过洗涤后在回转窑 ( 最高温度为 800℃ ) 中煅烧 5h，得到 11450kg 的钛白粉，b 值为 1.95。

[0038] 实施例 4

[0039] 本实施例用于说明本发明的钛白粉的制备方法。

[0040] 根据实施例 1 所述的方法，所不同的是，在还原处理中一次性加入 580kg 的铁粉，所得钛液中的三价钛的含量为 1.1g/L。得到 9550kg 的钛白粉，b 值为 2.1。

[0041] 对比例 1

[0042] 根据实施例 1 的方法，所不同的是，直接在酸解锅中进行还原处理，在在稀释浸出后继续通入压缩空气 ( 通入速度为 350m3/h)，所得钛液中的三价钛的含量为 0.5g/L，而后得到 9550kg 的钛白粉，其 b 值大于 3。

[0043] 对比例 2

[0044] 根据实施例 4 的方法，所不同的是，直接在酸解锅中进行还原处理，在在稀释浸出后继续通入压缩空气 ( 通入速度为 350m3/h)，加入铁粉 800kg，所得钛液中的三价钛的含量为 1.2g/L，而后得到 8632kg( 的钛白粉，其 b 值为 2.15。

[0045] 通过比较实施例和对比例的结果可知，采用本发明的方法可以降低还原剂的用量，获得白度较高，产量较大的钛白粉。

[0046] 以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

[0047] 另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

[0048] 此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。