專利名稱：一種氟鈦酸鉀制備工藝及其制備裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于精細化工技術領域，尤其是涉及一種氟鈦酸鉀制備及工藝及其制備裝置。
背景技術：
氟鈦酸鉀作為制備鋁鈦硼合金(鋁及鋁合金的晶粒細化劑)的主要原料之一，其產量和純度將會直接影響到鋁鈦硼合金的制備。對于氟鈦酸鉀的制備，傳統工藝主要有氟 鈦酸法、偏鈦酸法等，在傳統的制備工藝中，在對于鈦鐵礦浸取時會釋放大量的熱量，反應 釜內溫度通常會達到100 200°C，產生大量的氫氟酸蒸汽，導致大量的氫氟酸揮發；在反 應過程中，同時會產生大量含氟的廢渣或者廢液，對環境造成嚴重污染。傳統的氟鈦酸鉀制 備工藝中，除了氫氟酸污染的問題較難解決外，鈦鐵礦中的鐵元素如果以液態物質排放出 來，也將對環境造成較大的污染，不利于環保。
發明內容
本發明的目的之一在于提供一種氟鈦酸鉀制備工藝，通過在反應體系中添加K2CO3 溶液，使之與反應產物中含氟的廢渣或者廢液發生反應，有效的遏制整個反應體系中含氟 的廢渣或者廢液的產生，解決現有技術存在的缺陷。為實現上述目的，本發明采用如下技術方案A、將鈦鐵礦石粉碎成礦粉加入反應釜中，加入精制的氫氟酸及過氧化物溶液充分 侵潤，使之充分發生反應Ti02(Fe0,Fe203)+HF+H20 +Rx(O2)y →100~200°→CH2TiF6+H3FeF6+H20+02；
制備氟鈦酸，反應體系中，氫氟酸的濃度優選為10 55% (在本專利的說明書中如無特別 說明，所述的濃度均未V/V濃度)，過氧化物Rx (O2) y中，χ = 1或者2，y = 1 ；B、將所得溶液過濾到另一反應釜，待鈦氟酸冷卻后，向反應體系中加入氯化鉀溶 液，氯化鉀溶液濃度優選10 50%，使之充分發生反應H2TiF6+KCl — K2TiF6丨+HCl，生成氟鈦酸鉀沉淀，離心甩干過濾；C、向濾液組成的新的反應體系中加入碳酸鉀溶液，碳酸鉀溶液濃度優選為10 50 %，并控制反應體系的pH值，使之發生反應H3FeF6+K2C03+HCl+H20 — Fe (OH) 3 丨 +KC1+KF+H20，將鐵元素通過形成 Fe (OH) 3 絮狀 沉淀除去，并回收氯化鉀及氟化鉀溶液。優選的方案是所述的過氧化物為無機過氧化物或有機過氧化物；所述無機過氧 化物為堿金屬或者堿土金屬過氧化物，有機過氧化物優選為羧酸類過氧化物，過氧化物的 加入量可以稍大于反應體系的需求量，使反應充分進行。更優的方案是所述的無機過氧化物為H2O2或者K2O2，所述的有機過氧化物為 CH3CO2OH0更優的方案是所述的C)步驟中pH值的控制范圍為2 3，3 4，4 5，5 7。
本發明的目的之二在于提供一種制備氟鈦酸鉀的設備，既能保證整個反應體系之間反應的順利進行，又能對反應過程中產生的氫氟酸蒸汽進行充分有效的回收利用。為實現上述目的，本發明采用如下技術方案一種制備氟鈦酸鉀的裝置，包括反應釜主體，與反應釜主體密封的密封蓋，出料 口，以及設置于反應釜主體內的攪拌桿；所述的密封蓋設置有氫氟酸加入孔道，鈦鐵礦石粉 加入通道和氫氟酸蒸汽回收冷凝裝置。更優的方案是所述的氫氟酸蒸汽回收冷凝裝置為設置若干迂回的冷凝盤管，每 個迂回的底端設置有氫氟酸回收槽，所述的冷凝盤管設置有彼此連通的冷卻水裝置，該冷 凝盤管末端外接有氫氟酸噴淋回收裝置。更優的方案是所述的氫氟酸蒸汽回收冷凝裝置為設置若干迂回的冷凝盤管，每 個迂回均設置有風機。更優的方案是所述的反應釜主體內襯有石墨，所述的攪拌桿的制備材料為聚氯 乙烯或者聚丙烯塑料。本發明與現有技術相比，具有如下有點和有益效果本發明在反應體系中，通過加入適量的過氧化物將鈦鐵礦粉中的Fe2+全部氧化為 Fe3+，然后通過添加合適量的K2CO3溶液，將Fe3+以Fe (OH) 3沉淀除去并回收利用；反應后生 成KCl等產物，能作為反應體系的原料進一步利用，可以使得整個反應體系基本上實現“零 排放”。本發明通過對氟鈦酸鉀制備反應釜進行改進，使得在對鈦鐵礦浸取時產生大量的氫 氟酸蒸汽充分回收利用，以及對鈦鐵礦中的二價亞鐵，通過在反應過程中，首選對其氧化為 三價鐵，最后通過氫氧化鐵沉淀的方式，將其壓縮回收利用，真正實現了變廢為寶，既不會 對環境造成污染，又可以使得有用元素被充分利用。整個反應體系，幾乎實現了 “零排放”。
圖1為本發明所述的氟鈦酸鉀制備反應釜結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。實施例1如圖1所示，氟鈦酸鉀制備反應釜包括反應釜主體10，與反應釜主體密 封的密封蓋，出料口 15，以及設置于反應釜主體內的攪拌桿12;所述的密封蓋設置有氫氟 酸加入孔道11，鈦鐵礦石粉加入通道13和設置若干迂回的冷凝盤管14氫氟酸蒸汽回收冷 凝裝置，冷凝盤管每個迂回均設置有風機14 ；每個迂回的底端設置有氫氟酸回收槽142，所 述的冷凝盤管設置有彼此連通的冷卻水裝置143，該冷凝盤管末端外接有氫氟酸回收裝置 144，可以直接將氫氟酸回收冷凝回收利用(如果還存在沒有在冷凝過程中被冷凝的話)， 實現氫氟酸的零排放。反應釜主體內襯有石墨層，所述的攪拌桿的制備材料為聚氯乙烯或 者聚丙烯塑料，通過成本低廉的材料滿足鈦鐵礦粉在反應過程中通過攪拌等方式實現充分 侵潤的要求。在氟鈦酸鉀制備過程中，包括如下步驟A、將約1噸鈦鐵礦石粉碎成礦粉加入反應釜中，加入精制的氫氟酸及過氧化氫溶 液充分侵潤，使之充分發生反應100 200。CATiO2(FeC),Fe203)+HF+H20 +H2O2 H2TiF6+ H3FeF6+H20+02}
制備氟鈦酸；反應體系中，氫氟酸的濃度優選為5 20%，加入量為大約2. 5噸；過氧化氫濃度優選為5 30%，更優是10 20%，加入量為大約3噸；氫氟酸中加入10 20%過 氧化氫，可以將鈦鐵礦粉中的FeO中的二價亞鐵被氧化為三價鐵，使得避免了體系中的亞 鐵離子形成FeTiF6,從而保證了后續能將體系中的鐵元素以Fe (OH) 3絮狀沉淀的形式除去；B、在鈦鐵礦粉得到充分侵潤后，將所得溶液過濾到另一反應釜，待鈦氟酸冷卻后， 向反應體系中加入濃度30 35%氯化鉀溶液，加入量約3噸，使之充分發生反應H2TiF6+KCl —K2TiF3丨+HC1，生成氟鈦酸鉀沉淀，離心甩干過濾，回收氟鈦酸鉀，并 將濾液轉移至第三反應釜；C、向濾液組成的新的反應體系中加入30 35%的碳酸鉀溶液，加入量約2噸，并 控制反應體系的PH值在3 4之間，使之發生反應 H3FeF6+K2C03+HCl+H20 — Fe (OH) 3 丨 +KC1+KF+H20，將鐵元素通過形成 Fe (OH) 3 絮狀 沉淀通過板塊壓縮機壓縮后回收，并回收氯化鉀及氟化鉀溶液以備重新利用。實施例2如圖1所示，氟鈦酸鉀制備反應釜包括反應釜主體10，與反應釜主體密 封的密封蓋，出料口 15，以及設置于反應釜主體內的攪拌桿12;所述的密封蓋設置有氫氟 酸加入孔道11，鈦鐵礦石粉加入通道13和設置若干迂回的冷凝盤管14氫氟酸蒸汽回收冷 凝裝置，冷凝盤管每個迂回均設置有風機14 ；每個迂回的底端設置有氫氟酸回收槽142，所 述的冷凝盤管設置有彼此連通的冷卻水裝置143，該冷凝盤管末端外接有氫氟酸回收裝置 144，可以直接將氫氟酸回收冷凝回收利用(如果還存在沒有在冷凝過程中被冷凝的話)， 實現氫氟酸的零排放。反應釜主體內襯有石墨層，所述的攪拌桿的制備材料為聚氯乙烯或 者聚丙烯塑料，通過成本低廉的材料滿足鈦鐵礦粉在反應過程中通過攪拌等方式實現充分 侵潤的要求。在氟鈦酸鉀制備過程中，包括如下步驟A、將約1噸鈦鐵礦石粉碎成礦粉加入反應釜中，加入精制的氫氟酸及過氧化氫溶
液充分侵潤，使之充分發生反應
TiO2(FeC),Fe203)+HF+H20 +CH3CO2OH (100 200'C)—— H2TiF6+H3FeF6+CH3COOH +H2o+O2|制備氟鈦酸；反應體系中，加入大約2. 5噸的氫氟酸溶液，氫氟酸的濃度優選為
5 20%，過氧乙酸濃度優選為5 30%，更優是10 20% ；氫氟酸中加入10 20%過 氧乙酸約3噸，可以將鈦鐵礦粉中的FeO中的二價亞鐵被氧化為三價鐵，使得避免了體系中 的亞鐵離子形成FeTiF6，從而保證了后續能將體系中的鐵元素以Fe(OH)3絮狀沉淀的形式 除去；B、在鈦鐵礦粉得到充分侵潤后，將所得溶液過濾到另一反應釜，待鈦氟酸冷卻后， 向反應體系中加入濃度15 20%氯化鉀溶液約3噸，使之充分發生反應H2TiF6+KCl —K2TiF6丨+HC1，生成氟鈦酸鉀沉淀，離心甩干過濾，回收氟鈦酸鉀，并 將濾液轉移至第三反應釜；C、向濾液組成的新的反應體系中加入15 20%的碳酸鉀溶液約2噸，并控制反應 體系的pH值在4 5之間，使之發生反應
H3FeF6+K2C03+HCl+H20 — Fe (OH) 3 丨 +KC1+KF+H20，將鐵元素通過形成 Fe (OH) 3 絮狀 沉淀通過板塊壓縮機壓縮后回收后重新利用，并回收氯化鉀及氟化鉀溶液以備重新利用。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定 本 發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在 不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的 保護范圍。
權利要求
一種氟鈦酸鉀制備工藝，包括如下步驟A、將鈦鐵礦石粉碎成礦粉加入反應釜中，加入精制的氫氟酸及過氧化物溶液充分侵潤，使之充分發生反應制備氟鈦酸；B、將所得溶液過濾到另一反應釜，待鈦氟酸冷卻后，向反應體系中加入氯化鉀溶液，使之充分發生反應H2TiF6+KCl→K2TiF6↓+HCl，生成氟鈦酸鉀沉淀，離心甩干過濾；C、向濾液組成的新的反應體系中加入碳酸鉀溶液，并控制反應體系的pH值，使之發生反應H3FeF6+K2CO3+HCl+H2O→Fe(OH)3↓+KCl+KF+H2O，將鐵元素通過形成Fe(OH)3絮狀沉淀除去，并回收氯化鉀及氟化鉀溶液。FSA00000077133600011.tif
2.如權利要求1所述的氟鈦酸鉀制備工藝，其特征是所述的過氧化物為無機過氧化 物或有機過氧化物。
3.如權利要求2所述的氟鈦酸鉀制備工藝，其特征是所述的無機過氧化物為H202、 K2O2，所述的有機過氧化物為CH3CO2OH。
4.如權利要求1 3任一項所述的氟鈦酸鉀制備工藝，其特征是所述的C)步驟中pH 值的控制范圍為2 3，3 4，4 5，5 7。
5.一種制備權利要求1 3任一項所述氟鈦酸鉀的裝置，包括反應釜主體，與反應釜主 體密封的密封蓋，出料口，以及設置于反應釜主體內的攪拌桿，其特征是所述的密封蓋設 置有氫氟酸加入孔道，鈦鐵礦石粉加入通道和氫氟酸蒸汽回收冷凝裝置。
6.如權利要求5所述的制備氟鈦酸鉀的裝置，其特征是所述的氫氟酸蒸汽回收冷凝 裝置為設置若干迂回的冷凝盤管，每個迂回的底端設置有氫氟酸回收槽，所述的冷凝盤管 設置有彼此連通的冷卻水裝置，該冷凝盤管末端外接有氫氟酸噴淋回收裝置。
7.如權利要求6所述的制備氟鈦酸鉀的裝置，其特征是所述的氫氟酸蒸汽回收冷凝 裝置為設置若干迂回的冷凝盤管，每個迂回均設置有風機。
8.如權利要求7所述的制備氟鈦酸鉀的裝置，其特征是所述的反應釜主體內襯有石 墨，所述的攪拌桿的制備材料為聚氯乙烯或者聚丙烯塑料。
全文摘要
本發明公開了一種氟鈦酸鉀制備工藝及其制備裝置，包括步驟A、將鈦鐵礦粉加入反應釜中，加入精制的氫氟酸及過氧化物溶液充分侵潤，制備氟鈦酸；B、待鈦氟酸冷卻后，加入氯化鉀溶液，生成氟鈦酸鉀沉淀；C、向濾液組成的新的反應體系中加入碳酸鉀溶液，將鐵元素通過形成Fe(OH)3絮狀沉淀除去，并回收氯化鉀及氟化鉀溶液。本發明反應體系中，通過加入適量的過氧化物將鈦鐵礦粉中的Fe2+全部氧化為Fe3+，然后通過添加合適量的K2CO3溶液，將Fe3+以Fe(OH)3沉淀除去并回收利用；對反應裝置進行合理改進，使得反應體系中的氫氟酸充分被冷凝回收，可以使得整個反應體系基本上實現污染物“零排放”。
文檔編號C01G23/00GK101838016SQ20101014417
公開日2010年9月22日 申請日期2010年4月2日 優先權日2010年4月2日
發明者劉超文, 張新明, 李建國, 李賽毅, 陳學敏 申請人:新星化工冶金材料(深圳)有限公司