一種以鈦鐵礦為原料制備金紅石型鈦白粉的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種從鈦鐵礦中提取鈦制備金紅石型鈦白粉的方法，屬于金紅石型鈦白粉的生產(chǎn)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦白粉是目前最佳的，無可替代的白色無機化工顏料。被廣泛應(yīng)用于涂料、橡膠、塑料、造紙、印刷油墨、日用化工等領(lǐng)域。其生產(chǎn)有四種工藝:硫酸法，氯化法，鹽酸法，堿法。氯化法鈦白粉生產(chǎn)工藝因其生產(chǎn)過程環(huán)保和產(chǎn)品質(zhì)量較高，是國際公認的、替代硫酸法的新一代先進技術(shù)。目前全球氯化法鈦白粉與硫酸法鈦白粉的產(chǎn)能比例大約為6: 4。在歐美發(fā)達國家，氯化法的比例則更高。而氯化法僅能生產(chǎn)金紅石型鈦白粉。雖然也可轉(zhuǎn)化為銳鈦型，但是在轉(zhuǎn)化過程中需要增加工序，這就增加了額外成本。鹽酸法只見于實驗室和專利。堿法可達到高效分離，但目前只有在國內(nèi)河南某工廠有中試。硫酸法用鈦鐵礦(Ti0240%?60% )或者富鈦渣(Ti0270%?85% )作為原料，用濃硫酸熱餾解這些原料，得到硫酸氧鈦和硫酸鐵，硫酸鈦液水解得到偏鈦酸，偏鈦酸經(jīng)過煅燒制得鈦白粉。硫酸法工序多、流程長、污廢量大，且傳統(tǒng)產(chǎn)品多為銳鈦型鈦白粉。在鈦白粉產(chǎn)品類型上，改良硫酸法也有優(yōu)勢。改良硫酸法既可生產(chǎn)高端產(chǎn)品金紅石型鈦白粉也可生產(chǎn)中低端產(chǎn)品銳鈦型鈦白粉。
[0003]硫酸法以間歇法操作為主，生產(chǎn)裝置彈性大，利于開停車及負荷調(diào)整，原料便宜易得，成本低投資少，操作易控制。但其工藝復雜，需要近二十幾道工藝步驟，每一工藝步驟必須嚴格控制，才能生產(chǎn)出最好質(zhì)量的鈦白粉產(chǎn)品，并滿足顏料的最優(yōu)性能。由于傳統(tǒng)的硫酸法采用濃度較高的硫酸，其排出廢物多，污染嚴重，三廢治理耗資較大。硫酸法既可生產(chǎn)銳鈦型產(chǎn)品，又可生產(chǎn)金紅石型產(chǎn)品。但絕大多數(shù)為銳鈦型產(chǎn)品。因此硫酸法如何得到較高提取率的金紅石型鈦白粉，成為一個亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種以鈦鐵礦為原料制備金紅石型鈦白粉的方法，包括以下步驟:
[0005](I)鈦礦研磨:把鈦鐵礦放入球磨機中研磨，研磨得到150?400目的鈦礦粉；
[0006](2)煅燒:將⑴中研磨得到的鈦礦粉與硫酸銨、焦硫酸鉀按1:3?6:0.5?I的質(zhì)量比，優(yōu)選1:6:0.5，混合均勻后放入管式爐中煅燒，溫度為360?500°C，優(yōu)選為450°C，保溫0.5?2h，最佳為0.5h ;使鈦礦中二氧化鈦變成硫酸氧鈦，硫酸鈦形式存在，有利于鈦的提取，三價鐵轉(zhuǎn)化為Fe2 (SO4) 3; 二價鐵轉(zhuǎn)化為FeSO 4，產(chǎn)生的氨氣用專用氣體吸收裝置回收利用；
[0007](3)浸取:將⑵中煅燒得到的灰色固體研磨后用10?30%稀硫酸，最佳為濃度為20%在50?80°C下浸取4?10h，最佳條件為70°C下浸取10h，浸取后期加鐵還原2?5h，最佳時間為4h，得到鈦液；濃縮鈦液，濃縮后與濃縮前體積比為0.5?0.8，優(yōu)選0.733 ；浸取得到的殘渣干燥留用；
[0008](4)冷凍除鐵:將(3)得到的濃縮后的鈦液，T12濃度為21?35g/L，置于冷凍設(shè)備中，結(jié)晶去除硫酸亞鐵，降低鈦液中鐵含量，以免產(chǎn)生大量氧化鐵紅影響產(chǎn)品白度；用真空抽濾的方法過濾冷凍后的鈦液，分離出淺綠色的硫酸亞鐵晶體。冷凍后的鈦液成乳白色的渾濁液，需輕輕搖晃使硫酸亞鐵晶體沉底后再過濾。用蒸餾水洗滌過濾殘渣，合并鈦液。硫酸亞鐵晶體回收留用；
[0009](5)鈦液濃縮:將⑷中除鐵后的鈦液，在50?70°C條件下，真空濃縮達到濃縮比為0.5?0.6 ;最佳濃縮比為0.58 ；
[0010](6)鈦液水解:將用(5)濃縮鈦液7%重量作為制取金紅石型的晶種原料，在晶種原料中加入氧化鋅，調(diào)節(jié)PH值在2.5?3.0，加熱溫度60?80°C，保溫I?2h，將水分蒸發(fā)，控制晶種濃度為14?26g/L。將制備好的晶種加入(5)得到的濃縮鈦液中100?120°C水解4?7h，最佳溫度為110°C水解6h，水解鈦液濃度26?36g/L，最佳為30g/L，讓硫酸氧鈦變成偏鈦酸沉淀出來；水解留下的水解液回收利用；
[0011](7)水洗:將(6)中水解得到的偏鈦酸用pH值小于0.5?1.5的酸性水水洗；去除偏鈦酸中的雜質(zhì)；回收水洗液；
[0012](8)鹽處理:在(7)中水洗后的偏鈦酸中加入一些有利于金紅石型轉(zhuǎn)化的促進劑，所述促進劑為磷酸鹽、鋅鹽等；
[0013](9)煅燒:將(8)中鹽處理后的偏鈦酸放入馬弗爐，在700?1000°C下保溫I?3小時，最佳煅燒溫度為900°C下保溫2小時。得到色澤好、性能高的金紅石型鈦白粉。
[0014]進一步地，在上述技術(shù)方案中，(3)中所述鐵用量小于鈦鐵礦質(zhì)量的3?4%，最佳為小于鈦鐵礦質(zhì)量的3.6%。
[0015]進一步地，在上述技術(shù)方案中，(4)中所述冷凍除鐵溫度為I?_20°C，最佳冷凍除鐵溫度為-17°C。
[0016]進一步地，在上述技術(shù)方案中，其水解率可以達到85?95%以上。
[0017]進一步地，在上述技術(shù)方案中，將收集的(6)中的水解液與(7)中的水洗液即廢酸(稀硫酸)與(2)中收集的氨氣反應(yīng)，制得硫酸銨；所述硫酸銨作為(2)中的原料備用。循環(huán)加入管式爐中備用。
[0018]進一步地，在上述技術(shù)方案中，所述金紅石型鈦白粉相對含量達到85?95 %以上。
[0019]本發(fā)明既保留了原有硫酸法制鈦白工藝的優(yōu)點，又在此基礎(chǔ)上明顯減少了硫酸法的不足之處，使整個生產(chǎn)工藝得到優(yōu)化。(I)本工藝降低了用高濃度硫酸產(chǎn)生的高額設(shè)備成本；(2)通過加入焦硫酸鉀降低了煅燒所需的溫度，且大大提高了二氧化鈦的提取率；(3)利用煅燒產(chǎn)生的氨氣和水解產(chǎn)生的廢酸，生成硫酸銨并進行循環(huán)使用，解決了重要的三廢問題，實現(xiàn)綠色環(huán)保；(4)在水解過程中通過一定的條件加入適量金紅石型晶種，最終大大提高了金紅石型鈦白粉的產(chǎn)量；(5)降低了晶型轉(zhuǎn)化的溫度，110°C即可得到金紅石型的晶相轉(zhuǎn)化；煅燒時間也縮短至兩小時。
【附圖說明】
[0020]本發(fā)明附圖6幅，
[0021]圖1以鈦鐵礦為原料制備金紅石型鈦白粉的工藝流程圖；
[0022]圖2實施例1制備的金紅石型鈦白粉的XRD衍射圖；
[0023]圖3實施例2制備的金紅石型鈦白粉的XRD衍射圖；
[0024]圖4實施例3制備的金紅石型鈦白粉的XRD衍射圖；
[0025]圖5實施例4制備的金紅石型鈦白粉的EDS圖及氧化物分析表；
[0026]圖6實施例5制備的金紅石型鈦白粉的EDS圖及氧化物分析表。
【具體實施方式】
[0027]下述非限定性實施例可以使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。
[0028]實施例1
[0029]如圖1所示，鈦鐵礦研磨粉碎過300目篩，將質(zhì)量75.0Og的原料按m(鈦鐵礦):m((MM)2SO4) Im(K2S2O7) = 1:4:0.5的配比研磨均勻，放入煅燒爐內(nèi)，反應(yīng)溫度為360 °C，保溫時間為lh。氨氣吸收為18?20%氨水。取焙燒好的鈦鐵礦，研磨后發(fā)放入三口燒瓶，加入300ml 30%稀硫酸浸取，浸取溫度65°C，浸取時間為1h后加入鐵肩約2.50g還原4小時。在此條件下鈦的浸取率達到96.82%。濃縮鈦液，濃縮前后體積比為0.73，然后進行冷凍除鐵，除鐵溫度為_15°C，時間15小時以上時除鐵率可以達到50.64%。硫酸亞鐵用氨水中和為Fe (0!1)2，在60°C左右濃縮鈦液，濃縮比為0.6，將濃縮鈦液7%重量作為制取金紅石型的晶種原料，在晶種原料中加入氧化鋅，調(diào)節(jié)pH值在2.5?3.0，加熱溫度60?80°C，保溫I?2h，將水分蒸發(fā)，晶種濃度為20.18g/L，將制備好的晶種加入剩余濃縮鈦液中，水解鈦液濃度28.76g/L，在100°C下水解5h。用ph = 1.1溫度為60°C的硫酸進行水洗，硫酸用量為500ml。廢酸用氨水中和為硫酸銨溶液，硫酸銨蒸發(fā)結(jié)晶，干燥循環(huán)利用。將水洗后的濾餅放入馬弗爐，溫度設(shè)定為750°C，保溫lh，冷卻后研磨檢測。如圖2所示，樣品結(jié)晶度為58.1%,金紅石型含量為78.3%。
[0030]實施例2
[0031]將鈦鐵礦粉碎過350目篩，將質(zhì)量75.05g的原