專利名稱：一種含鈦礦物制備氧化鈦工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氧化鈦的制備領(lǐng)域，具體涉及一種以鈦礦物為原料制備氧化 鈦的綠色工藝。
技術(shù)背景氧化鈦是一種重要無機材料，它廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟中的各個行業(yè)，在 涂料行業(yè)，氧化鈦是一種重要的原料，同時在造紙領(lǐng)域，它是很好的填料， 油墨的不可缺少的白色顏料，另外，在紡織，橡膠，化妝品中都有很大的應(yīng)用。近年來，氧化鈦作為光催化反應(yīng)劑而備受人們關(guān)注，光催化劑大多為n 型半導(dǎo)體，如Ti02、 ZnO、 CdS、 W03、 Sn02、 Fe2OJ，其中具有納米結(jié) 構(gòu)的Ti02因其特有的半導(dǎo)體光催化性質(zhì)及活性高、穩(wěn)定性好，對人體無害而 成為研究最為廣泛、最有前途的一種光催化劑。目前工業(yè)上制備Ti02的方法主要是硫酸法和氯化法，其中硫酸法，工藝 流程是先用高濃度的硫酸先將鈦鐵礦完全溶解，然后在正鈦酸膠體為晶核的 誘導(dǎo)下，水解后生成Ti02.nH20，即偏鈦酸。再經(jīng)過焙燒可制備金紅石型或 銳鈦型Ti02，我國目前主要應(yīng)用這種方法。氯化法是將金紅石或高鈦渣粉料 與焦炭混合后進行高溫氯化先生產(chǎn)四氯化鈦；經(jīng)高溫氧化生成二氧化鈦；再 經(jīng)過水洗、過濾、干燥、粉碎即得到鈦白粉。氯化法雖然鈦的回收率較高， 但是它的工藝條件較嚴(yán)格，投資成本高，同時污染也比較嚴(yán)重。所以尋找一 種對環(huán)境友好的制備氧化鈦的工藝尤為重要。目前，很多人在這方面做了工 作，其中一部分是對硫酸法或者氯化法進行改進，如王永杰1用鹽酸-氯化 法制備氧化鈦。另外，還有其它方法由于成本過高而無法實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)， 如耿尚彝2]在真空等離子爐中制備氧化鈦。中科院過程所張懿[3]等人采用將 鈦鐵礦加入到熔融的KOH溶液中，但是強堿在高溫條件下，腐蝕性較強， 對設(shè)備要求較高。HenrikR4等人用含鈦礦物和NaOH反應(yīng)制備氧化鈦同樣存在這樣的問題。并且他需要在加熱的濃酸中將鐵去除，操作較為復(fù)雜。以 上方法不僅存在著環(huán)境污染嚴(yán)重，并且濃酸和濃堿對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，更重要 的是，原料中的鐵大部分要通過消耗大量的酸用來除去，這樣不但造成嚴(yán)重 的環(huán)境污染問題，而且制備成本也一直居高不下。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是對原有硫酸法和氯化法制備氧化鈦方法的基礎(chǔ)上進行改 進，主要利用反應(yīng)分相的方法，提供一種以含鈦礦物為原料制備氧化鈦的綠 色工藝。本發(fā)明的目的可以通過以下措施達到一種含鈦礦物制備氧化鈦工藝，將含鈦礦物和堿金屬鹽混合后在800。C 1100。C下焙燒30分鐘 20小時(其中優(yōu)選在900。C 100(TC下焙燒 30分鐘 8小時)，其中堿金屬鹽中的堿金屬氧化物與鈦礦物中的二氧化鈦的 質(zhì)量比為1:0.2 2 (優(yōu)選為1:0.5 2)，產(chǎn)物分為兩層；將下層的物質(zhì)粉碎并 在稀酸溶液中浸泡處理，再經(jīng)過過濾，濾餅在30(TC 60(TC下焙燒。其中堿金屬鹽為堿金屬的碳酸鹽或硝酸鹽，如鋰，鈉，鉀，銣，銫的碳 酸鹽或硝酸鹽。含鈦礦物選自鈦鐵礦、假板鈦礦、鈦精礦或紅鈦鐵礦中的一 種或幾種。稀酸溶液為質(zhì)量濃度為0.01°/。 5%的鹽酸、硫酸、硝酸或磷酸； 下層的物質(zhì)與稀酸溶液的質(zhì)量比為1:1 1:20;稀酸中浸泡的時間為30分鐘 5小時,優(yōu)選30分鐘 2小時。其中濾餅的焙燒時間為20分鐘 10小時，優(yōu)選為20分鐘 4小時。 本發(fā)明使用鈦鐵礦、鈦精礦等鈦礦物作為原料，直接與堿金屬鹽進行反 應(yīng)，控制適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)物比例、反應(yīng)溫度和時間，通過高溫反應(yīng)，燒結(jié)產(chǎn)物出 現(xiàn)明顯的分層，鈦礦物中的鐵全部或大部分被富集在產(chǎn)物的上層，將上層物 剝離后，下層物質(zhì)磨碎并在少量的稀酸溶液中浸泡，去除剩余的少量鐵和其 它金屬雜質(zhì)，最后過濾，將濾餅在一定的溫度下燒結(jié)，最終獲得純度大于95% 銳鈦礦氧化鈦粉末。本發(fā)明采用分相的方法與使用機械離心分離的方法相比， 其能量耗損降低90%。本發(fā)明與其它傳統(tǒng)方法相比，所用酸的濃度為硫酸法的二十分之一到百分之一，酸的用量不到上述方法的5%。與氯化法相比，不要太高的投資， 運行成本低，同時不需要加入高濃度的強酸和強堿，對設(shè)備要求不高。
具體實施方式
實施例1原料配制鈦精礦，碳酸鉀；將兩種原料混合均勻，其中K20與Ti02 的質(zhì)量比為1: 2，燒結(jié)溫度為900'C，燒結(jié)時間為3小時。剝離上層物質(zhì)后， 將下層產(chǎn)物磨碎在質(zhì)量濃度為0.01°/。的稀鹽酸中浸泡處理30分鐘，其中被洗 物質(zhì)與酸溶液的質(zhì)量比為1: 5過濾后產(chǎn)物經(jīng)過500'C焙燒2小時，得到純度 為95°/。的銳鈦型1102。 實施例2原料配制鈦鐵礦，碳酸鈉；將兩種原料充分混勻，其中Na20與Ti02 的質(zhì)量比為l: 1.5，燒結(jié)溫度為溫度為80(TC，燒結(jié)時間為8小時。剝離上 層物質(zhì)后，將下層物質(zhì)磨碎并在質(zhì)量濃度為1°/。稀硫酸溶液中浸泡處理1小 時，其中被洗物質(zhì)與酸溶液的質(zhì)量比為1: 1，過濾后產(chǎn)物經(jīng)過經(jīng)過60(TC燒 結(jié)30分鐘。得到純度為97%銳鈦型7102。 實施例3原料配制鈦鐵礦，硝酸鈉；將兩種原料充分混勻，其中其中Na20與 Ti02的質(zhì)量比為l: 0.5，燒結(jié)溫度為110(TC，燒結(jié)時間為3小時。剝離上層 物質(zhì)后，將下層的物質(zhì)磨碎并在質(zhì)量濃度為5%的稀硝酸溶液中將浸泡處理2 小時，其中被洗物質(zhì)與酸溶液的質(zhì)量比為h 10，最后過濾并在60(TC中燒結(jié) 1小時，產(chǎn)物為純度為96%的銳鈦型Ti02。 實施例4原料配制鈦鐵礦和鈦精礦，硝酸鉀；將三種原料充分混勻，其中其中 K20與Ti02的質(zhì)量比為1: 1.5，燒結(jié)溫度為80(TC，燒結(jié)時間為50分鐘。 剝離上層物質(zhì)后，將下層鈦氧化合物磨碎在質(zhì)量濃度為0.1%的硫酸溶液中浸 泡處理1小時，其中被洗物質(zhì)與酸溶液的質(zhì)量比為l:20，最后過濾并在300°C中燒結(jié)20分鐘。產(chǎn)物為純度為97%的銳鈦型1102。 實施例5原料配制假板鈦礦，硝酸鉀；將兩種原料充分混勻，其中其中K20與 Ti02的質(zhì)量比為l: 0.2，燒結(jié)溫度為卯0 °C，燒結(jié)時間為20小時。剝離上 層物質(zhì)后，將下層鈦氧化合物磨碎在質(zhì)量濃度為0.1%的磷酸溶液中浸泡處理 50分鐘，其中被洗物質(zhì)與酸溶液的質(zhì)量比為1: 15，最后過濾并在40(TC中 燒結(jié)10小時。產(chǎn)物為純度為98%的銳鈦型Ti02。 比較例1原料配制鈦鐵礦，硝酸鉀，將兩種原料充分混勻，其中其中K20與 Ti02的質(zhì)量比為4，燒結(jié)溫度為90(TC，燒結(jié)時間為3小時，反應(yīng)完成后， 沒有發(fā)生分層現(xiàn)象，將產(chǎn)物磨碎后用質(zhì)量濃度為0.02%稀鹽酸除鐵30分鐘， 其中被洗物質(zhì)與酸溶液的質(zhì)量比為1: 5，過濾后產(chǎn)物經(jīng)過60(TC焙燒2小時， 沒有氧化鈦生成。 比較例2原料配制鈦精礦，碳酸鉀，原料充分混勻，其中K20與Ti02的質(zhì)量 比為1，燒結(jié)溫度為700°C，燒結(jié)時間為3小時。反應(yīng)完成后，沒有分層現(xiàn)象， 將產(chǎn)物磨碎并在質(zhì)量濃度為0.3%的稀硫酸溶液中酸洗1小時，其中被洗物質(zhì) 與酸溶液的質(zhì)量比為l: 10，過濾后產(chǎn)物經(jīng)過50(TC焙燒2小時，沒有得到氧 化鈦。從實施案例和對比案例可以看出在適合的反應(yīng)原料比例、恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)溫 度， 一定的反應(yīng)時間下，通過高溫反應(yīng)可以將鈦礦物中全部或大部分鐵通過 分相方式分離出來，再通過稀酸洗滌除去產(chǎn)物中少量的殘余鐵，然后經(jīng)過過 濾，燒結(jié)，最終獲得銳鈦礦氧化鈦粉末。[1]王永杰等鹽酸一氯化法生產(chǎn)鈦白粉方法ZL87100993， 1988 [2]耿尚彝 一種鈦鐵礦的分離方法ZL1403605， 2003[3]張懿等由鈦鐵礦或高鈦渣熔鹽法清潔工藝制備氧化鈦CN101024512A， 2007[4〗Henrik R等Process for preparing a pigmentary titanium dioxide US4759916A1 ， 1988 。
權(quán)利要求
1、一種含鈦礦物制備氧化鈦工藝，其特征在于將含鈦礦物和堿金屬鹽混合后在800℃～1100℃下焙燒30分鐘～20小時，其中堿金屬鹽中的堿金屬氧化物與鈦礦物中的二氧化鈦的質(zhì)量比為1∶0.2～2，產(chǎn)物分為兩層；將下層的物質(zhì)粉碎并在稀酸溶液中浸泡處理，再經(jīng)過過濾，濾餅在300℃～600℃下焙燒。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鈦礦物制備氧化鈦工藝，其特征在于所述的 堿金屬鹽為堿金屬的碳酸鹽或硝酸鹽。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鈦礦物制備氧化鈦工藝，其特征在于所述的 含鈦礦物選自鈦鐵礦、假板鈦礦、鈦精礦或紅鈦鐵礦中的一種或幾種。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鈦礦物制備氧化鈦工藝，其特征在于所述的 稀酸溶液為質(zhì)量濃度為0.01% 5%的鹽酸、硫酸、硝酸或磷酸。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鈦礦物制備氧化鈦工藝，其特征在于浸泡時， 所述的下層的物質(zhì)與稀酸溶液的質(zhì)量比為1:1 1:20。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鈦礦物制備氧化鈦工藝，其特征在于所述的 下層物質(zhì)在稀酸中浸泡的時間為30分鐘 2小時。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鈦礦物制備氧化鈦工藝，其特征在于所述的 濾餅的焙燒時間為20分鐘 10小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含鈦礦物制備氧化鈦工藝，將含鈦礦物和堿金屬鹽混合后在800℃～1100℃下焙燒30分鐘～20小時，其中堿金屬鹽中的堿金屬氧化物與鈦礦物中的二氧化鈦的質(zhì)量比為1∶0.2～2，產(chǎn)物分為兩層；將下層的物質(zhì)粉碎并在稀酸溶液中浸泡處理，再經(jīng)過過濾，濾餅在300℃～600℃下焙燒，得到純度大于95％的銳鈦型氧化鈦。本發(fā)明與其它傳統(tǒng)方法相比，所用酸的濃度為硫酸法的二十分之一到百分之一，酸的用量不到上述方法的5％。與氯化法相比，不要太高的投資，運行成本低，同時不需要加入高濃度的強酸和強堿，對設(shè)備要求不高。
文檔編號C01G23/08GK101239739SQ20081001983
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月18日
發(fā)明者新 馮, 暢 劉, 周亞新, 程寶君, 陸小華 申請人:南京工業(yè)大學(xué)