專利名稱：二氧化鈦的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于二氧化鈦(鈦白粉)的制造方法，其特征是采用SFN法(三酸法或混酸法)。
二氧化鈦制造方法，屬于化工領(lǐng)域，化學(xué)制取產(chǎn)品的方法。
以前工業(yè)制取二氧化鈦的方法，是采用硫酸法和氯化法。由于硫酸法采用低品位雜質(zhì)多的鈦鐵礦作原料致使工序多、流程長、只能間歇操作為主。加上是濕熱過程，硫酸、蒸汽和水的耗量大，廢副產(chǎn)物多，對(duì)環(huán)境污染大，若處理這數(shù)量很大的廢副產(chǎn)物，需付出很大的低價(jià)。氯化法主要由于采用了品位高、雜質(zhì)少的金紅石為原料，工藝流程比硫酸法短，自動(dòng)化程度高，但氯化法投資大、工藝難度大，需要嚴(yán)格的控制系統(tǒng)，設(shè)備材料要求高并難以維修，要求很高的操作技術(shù)。
為了克服硫酸法和氯化法的缺點(diǎn)，本發(fā)明SFN法即具有氯化法能采用高品位、雜質(zhì)少的原料、又能采用價(jià)廉易得的鈦鐵礦為原料。本發(fā)明SFN法環(huán)境污染少(只有硫酸法的1/2～1/4)，需要的能量小、產(chǎn)品質(zhì)量高，技術(shù)比較成熟、操作易掌握、設(shè)備簡(jiǎn)單、無需復(fù)雜的控制系統(tǒng)，生產(chǎn)能力提高2.5倍。
本發(fā)明SFN法由酸解或溶解法，產(chǎn)品提純新技術(shù)、金紅石型晶型制取新工藝和新的環(huán)保處理法組成。SFN法不但能提高對(duì)低品位含鈦原料的酸解速度和能力，更重要的是可以酸解或溶解高品位(含TiO270～90%)的含鈦原料。高品位含鈦原料的使用，使鈦白生產(chǎn)的廢副物減少40%，節(jié)酸20～40%，產(chǎn)量提高2～3倍。
水合二氧化鈦提純法，可以直接酸解或溶解高品位原料，能提高產(chǎn)品的純度和白度。提純法可簡(jiǎn)化工藝，縮短流程省去除鐵和鈦液濃縮工序，可節(jié)省投資30%，節(jié)能30-50%。
煅燒廢氣的除去，高品位原料的采用，水解廢稀酸的全部回收利用，可減少廢副物60～70%，可降低成本50～60%。
用本發(fā)明SFN法制取工業(yè)二氧化鈦，均達(dá)到電焊條、冶金、顏料二氧化鈦三個(gè)級(jí)別的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、特別是高級(jí)別的顏料級(jí)產(chǎn)品。經(jīng)國家涂料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心檢測(cè)，三個(gè)樣品的顏料性能均達(dá)到國際GB1706-88《二氧化鈦顏料》BA01-03型(金紅石型)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。并與國家標(biāo)準(zhǔn)和日本產(chǎn)品R-820進(jìn)行對(duì)比，顏色均高于國家標(biāo)樣，近似R-820，消色力均高于國標(biāo)樣(為100%)，分別為103、105、產(chǎn)品性能與國外的基本相同，某些性能與遮蓋力、著色力、光澤和沉降性還高于日本R-820和美國R-902產(chǎn)品。
本發(fā)明SFN法保留了硫酸法的基本工序，設(shè)備和設(shè)施、而在酸解或溶解時(shí)加入一定量(0.1～3%)催化劑(氫氟酸)，增加反應(yīng)的活化能，使反應(yīng)速度加快，大大地提高了酸解度和溶解度。鹽酸的巧妙應(yīng)用，不但易除去水合二氧化鈦中的雜質(zhì)含量，而且易形成金紅石晶型。
由于催化劑的應(yīng)用，水合二氧化鈦提純法的成功，使常規(guī)硫酸法所用含鈦原料的品位范圍擴(kuò)大(含TiO247～96%)。
本發(fā)明SFN法制造二氧化鈦方法，工藝流程如圖所示。
本發(fā)明SFN法分為五大步驟和十大環(huán)節(jié)。五大步驟是原料的準(zhǔn)備(鈦鐵礦或水合二氧化鈦或高鈦渣);鈦液的制備;水合二氧化鈦的制備;水合二氧化鈦的煅燒;二氧化鈦的后處理。十大環(huán)節(jié)是干燥與磨料;酸解或溶解;凈化;晶種與水解;水洗、漂白及漂白后水洗;水合二氧化鈦提純;鹽處理;煅燒;后處理;廢副產(chǎn)品的回收，處理和利用。對(duì)于低品位的原料，十大環(huán)節(jié)中增加了提純，而高品位的原料不需要這一環(huán)節(jié)。
本發(fā)明SFN法又稱三酸法或混酸法，S代表硫酸，F(xiàn)代表氫氟酸，N代表鹽酸。硫酸為主要酸，而且用量最大，用法與硫酸法大同小異。鹽酸用量較少5～10%，作用是制取R型晶型和除去硫酸不能除去的雜質(zhì)。氫氟酸用量最少0.1～0.5%，常用量0.1～0.3%，是作為催化劑用，對(duì)反應(yīng)(溶解或酸解)起催化作用。用法是用氟化物(如NaF、CaF2、Na2TiF6等，制取鈦白常用Na2TiF6)與主反應(yīng)硫酸在60℃以上作用產(chǎn)生HF，常用于溶解和酸解鈦鋯及化合物方面。
本發(fā)明SFN法制取二氧化鈦的方法和硫酸法大體相同，只是在酸解、提純、鹽處理、環(huán)保處理方面在工藝、工藝參數(shù)、操作方法及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有些不同，其他如工藝流程、設(shè)備、設(shè)施、工藝參數(shù)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和操作方法與硫酸法基本相同。SFN法制取二氧化鈦在硫酸法生產(chǎn)線上完全可以實(shí)施。只是采取了一些新技術(shù)省去了凈化中的冷凍除鐵、鈦液濃縮、增加了提純工序。
以鈦鐵礦為原料制取金紅石型顏料用二氧化鈦時(shí)所發(fā)生的反應(yīng)如下一、酸解反應(yīng)究竟按(1)還是(2)進(jìn)行或同時(shí)進(jìn)行，這由具體操作條件而定，礦中所含的高價(jià)鐵則按下式進(jìn)行反應(yīng)
二、水解偏鈦酸(H2TiO3)具體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因水解條件不同各異，可以用TiO2·XSO3·YH2O來表示，正確的名稱應(yīng)叫水合二氧化鈦，但為了簡(jiǎn)便通俗，仍稱偏鈦酸。
三、提純水合二氧化鈦四、鹽處理除去水合二氧化鈦中的硫酸根實(shí)施例用四川攀枝花鈦精礦為原料，制取一噸BA01-03型鈦白粉，包括了用低品位(攀枝花鈦精礦含TiO245.8%)和高品位(制得的水合二氧化鈦、含TiO296%。提純時(shí))含鈦原料，采用SFN法制取鈦白粉的過程。
將經(jīng)過按硫酸法干燥、磨細(xì)的鈦精礦按礦酸比＝1.5～1.7，把3.77噸含量93～98%硫酸加入酸解罐，在壓縮空氣的攪拌下，再加入0.1～0.3%的Na2TiF6(含量指HF量)和2.62噸礦粉，攪拌均勻后加入一定量的水，使硫酸的濃度達(dá)到82～87%，引發(fā)反應(yīng)。30～40分鐘內(nèi)反應(yīng)基本完畢，開始固化、熟化、冷卻、侵出、還原、凈化一直到第三大步驟完制出水合二氧化鈦為止基本同硫酸法，不同的是鈦液不除鐵和不進(jìn)行濃縮。用自生晶種法直接水解，工藝流程、工藝參數(shù)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)均可降低和放寬、只追求TiO2的提出率。TiO2含量、純度和細(xì)度均不按原標(biāo)準(zhǔn)要求。
接著提純(由高品位含鈦原料制取二氧化鈦從此開始)將約含TiO21.14噸水合二氧化鈦(上道工序制得的)在150～200℃下烘干，粉碎到150～200目，按料酸比1∶1.9～2.5，將2.64噸98%的硫酸加入酸解罐再加入0.1～0.3%催化劑(HF)，在壓縮空氣的攪拌下加入料粉，同時(shí)稍加熱，其次加入一定量的水使硫酸濃度為80～82%，引發(fā)反應(yīng)。最高反應(yīng)溫度達(dá)到150～180℃，經(jīng)30～40分鐘開始變稠固化，接著成熟、冷卻(同硫酸法)，浸出時(shí)加5～10%的濃度為31～37%鹽酸和0.1%的催化劑(HF)，同時(shí)加入適量的水使鈦液TiO2190～230g/L，在壓縮空氣攪拌下將固狀物中的鈦鹽浸出。還原，因提純鈦液含鐵很低，可用由殘鈦制取的三價(jià)鈦液還原，使凈化后鈦液中CTi3+＝0.0221CTIO2。接著沉降、過濾、水解(加金紅石型晶種)、洗滌、漂白與漂后洗滌到制得水合二氧化鈦為止(同硫酸法)。
將提純(或采用其他高品位含原料制得的)后的水合二氧化鈦進(jìn)行新的鹽處理。首先把約含TiO21.08噸的水合二氧化鈦加水，在攪拌情況下形成含TiO2180～200g/L懸濁液，加入過量的NH4HCO3，使PH＝7～8，保持0.5～1小時(shí)(在室溫下)。然后過濾洗滌，洗到用BaCl2試劑檢驗(yàn)時(shí)，其結(jié)果與水相同為止(水必須用凈化水)。接著又在反應(yīng)釜中將分布約含TiO2180～200g/L水合二氧化鈦進(jìn)行漂白，加入無鐵鹽酸(最好為分析純的)，使溶液含HCl25～30g/L，加熱到90～100℃保溫0.5～1小時(shí)，冷卻到40～50℃過濾，用凈化水洗滌，洗到PH＝6.5～7為止。最后按常規(guī)法加入適量的金紅石晶型的促進(jìn)劑和調(diào)整劑，如磷酸和鋅鹽，投入煅燒(同硫酸洗)。
煅燒后的二氧化鈦約1噸左右，經(jīng)粉碎和后處理(同硫酸法)，就可制得顏料級(jí)的金紅石型二氧化鈦(BA01-03A型)。
權(quán)利要求
1.一種制取二氧化鈦的方法。本發(fā)明是制取BA01～03型二氧化鈦的方法，其特征是采取SFN法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的SFN法，它是由硫酸、鹽酸、氫氟酸混合的方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1，2所說的SFN法、還在于包含利用氟化物為催化劑、加速和增強(qiáng)酸解或溶解的速度和能力的方法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，2所說的SFN法、還在于包含由低品位含鈦原料制取二氧化鈦時(shí)提純水合二氧化鈦的方法;
5.根據(jù)權(quán)利要求2所說的SFN法，還在于包含使用鹽酸和除去偏鈦酸中SO3制取金紅石型二氧化鈦的方法。
全文摘要
一種可制取BA01-03型二氧化鈦的SFN法，本方法技術(shù)比較成熟操作易掌握，設(shè)備簡(jiǎn)單、無需復(fù)雜的控制系統(tǒng)、生產(chǎn)能力提高2.5倍。SFN法由酸溶解法、產(chǎn)品提純新技術(shù)、金紅石型晶型制取新工藝和新的環(huán)保處理法組成。SFN法不但能提高對(duì)低品位含鈦原料的酸解速度和能力、更重要的是可以酸解或溶解高晶位的含鈦原料。水解廢稀酸的全部回收利用、可減少廢品物的60～70％，可降低成本50～60％。
文檔編號(hào)C01G23/053GK1078214SQ9210326
公開日1993年11月10日 申請(qǐng)日期1992年5月7日 優(yōu)先權(quán)日1992年5月7日
發(fā)明者寧甲保 申請(qǐng)人:西北有色金屬研究院, 寶雞市金臺(tái)區(qū)玉鈦化工廠