一種以鈦鐵礦為原料制備金紅石型鈦白粉的方法
【技術領域】
[0001]本發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領域。
【背景技術】
[0002]鈦白粉是目前最佳的，無可替代的白色無機化工顏料。被廣泛應用于涂料、橡膠、塑料、造紙、印刷油墨、日用化工等領域。其生產有四種工藝:硫酸法，氯化法，鹽酸法，堿法。氯化法鈦白粉生產工藝因其生產過程環保和產品質量較高，是國際公認的、替代硫酸法的新一代先進技術。目前全球氯化法鈦白粉與硫酸法鈦白粉的產能比例大約為6: 4。在歐美發達國家，氯化法的比例則更高。而氯化法僅能生產金紅石型鈦白粉。雖然也可轉化為銳鈦型，但是在轉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，偏鈦酸經過煅燒制得鈦白粉。硫酸法工序多、流程長、污廢量大，且傳統產品多為銳鈦型鈦白粉。在鈦白粉產品類型上，改良硫酸法也有優勢。改良硫酸法既可生產高端產品金紅石型鈦白粉也可生產中低端產品銳鈦型鈦白粉。
[0003]硫酸法以間歇法操作為主，生產裝置彈性大，利于開停車及負荷調整，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，才能生產出最好質量的鈦白粉產品，并滿足顏料的最優性能。由于傳統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。硫酸法既可生產銳鈦型產品，又可生產金紅石型產品。但絕大多數為銳鈦型產品。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。
【發明內容】
[0004]本發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的質量比，優選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，三價鐵轉化為Fe2 (SO4) 3; 二價鐵轉化為FeSO 4，產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，置于冷凍設備中，結晶去除硫酸亞鐵，降低鈦液中鐵含量，以免產生大量氧化鐵紅影響產品白度；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，調節PH值在2.5?3.0，加熱溫度60?80°C，保溫I?2h，將水分蒸發，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；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，在上述技術方案中，(3)中所述鐵用量小于鈦鐵礦質量的3?4%，最佳為小于鈦鐵礦質量的3.6%。
[0015]進一步地，在上述技術方案中，(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，制得硫酸銨；所述硫酸銨作為(2)中的原料備用。循環加入管式爐中備用。
[0018]進一步地，在上述技術方案中，所述金紅石型鈦白粉相對含量達到85?95 %以上。
[0019]本發明既保留了原有硫酸法制鈦白工藝的優點，又在此基礎上明顯減少了硫酸法的不足之處，使整個生產工藝得到優化。(I)本工藝降低了用高濃度硫酸產生的高額設備成本；(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)利用煅燒產生的氨氣和水解產生的廢酸，生成硫酸銨并進行循環使用，解決了重要的三廢問題，實現綠色環保；(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量；(5)降低了晶型轉化的溫度，110°C即可得到金紅石型的晶相轉化；煅燒時間也縮短至兩小時。
【附圖說明】
[0020]本發明附圖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域的普通技術人員更全面地理解本發明，但不以任何方式限制本發明。
[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，反應溫度為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，調節pH值在2.5?3.0，加熱溫度60?80°C，保溫I?2h，將水分蒸發，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，硫酸銨蒸發結晶，干燥循環利用。將水洗后的濾餅放入馬弗爐，溫度設定為750°C，保溫lh，冷卻后研磨檢測。如圖2所示，樣品結晶度為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，將質量75.05g的原