專利名稱：鈦白的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鈦白生產(chǎn)方法，具體涉及濕法生產(chǎn)二氧化鈦的方法。
鈦白-二氧化鈦是一種白色顏料，廣泛用于涂料、油墨、塑料、造紙、橡膠、搪瓷、冶金以及催化劑等各個方面，需求量很大。在國內(nèi)，特別是優(yōu)質(zhì)鈦白(金紅石型)遠遠滿足不了需要。
目前，常用的鈦白的生產(chǎn)方法有氯化法和硫酸法。氯化法包括氯化、蒸餾、氣相水解或等離子體高溫氧化等步驟，不僅設(shè)備、流程復(fù)雜、投資大，而且還有氯氣污染問題。日本專利(J7904899)公開了硫酸法生產(chǎn)鈦白的工藝。該法是將鈦鐵礦用硫酸分解后所生成的含有硫酸氧鈦(TiOSO4)的反應(yīng)生成物分離出FeSO4·7H2O后，取一部份非濃縮液制成晶種，加到含鈦原液中，在100℃下加熱水解1.5小時，冷卻過濾;母液中再加入晶種，加熱水解約6小時，過濾得到偏鈦酸濾餅，灼燒得銳鈦型鈦白產(chǎn)品，該法無適宜的凈化分離過程，所得濾餅中含有不少雜質(zhì)，不僅影響鈦白產(chǎn)品的色澤，而且在煅燒過程中阻礙銳鈦型向金紅石型轉(zhuǎn)化，因此產(chǎn)品質(zhì)量差，不穩(wěn)定，易分解，適應(yīng)不了各方面的需要。
本發(fā)明的目的在于提供一種設(shè)備簡單、工藝流程短、投資少、成本低的生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)金紅石型鈦白的方法。
本發(fā)明所提供的鈦白生產(chǎn)方法，包括以下步驟1.將含有偏鈦酸鹽的物料研細，加入至少化學(xué)計量的無機強酸，在室溫至130℃下進行酸分解反應(yīng)0.5-1.5小時，冷至室溫，加水稀釋，在60-65℃下浸約2-3小時，冷至0℃-室溫，過濾，得到含有鈦氧離子(TiO2)的無機強酸鹽的浸取液，代表性的反應(yīng)式為
M代表Fe、K或Na，X＝1或2，2.上述浸取液的預(yù)處理及水解，3.上述水解后的混合物，經(jīng)過濾得到偏鈦酸濾餅，4.偏鈦酸濾餅烘干、研細，在850-1050℃下煅燒2-6小時，過篩，其特征在于所述的含鈦氧離子的浸取液的預(yù)處理及水解按以下步驟進行a)在上述含鈦氧離子浸取液中加入少量鐵屑，攪拌，直至溶液呈淺棕色，過濾，
b)在上述經(jīng)還原處理后的含鈦氧離子浸取液中加入至少化學(xué)計量的氯化銨、氯化鉀、氯化銣或氯化銫中任一種氯化物(MCl)，通入氯化氫氣體，生成配鹽M2TiCl6沉淀，過濾，洗去濾餅中的金屬離子，反應(yīng)式為
C)在上述凈化后的配鹽中加入離子水稀釋，在攪拌下加熱煮沸，不斷滴加堿水溶液，直至水解完全。
本發(fā)明所涉及的含有偏鈦酸鹽的物料，可以是含有偏鈦酸鹽的礦物例如含F(xiàn)eTiO3的鈦鐵礦，也可以是含鈦礦物例如含有二氧化鈦的金紅石礦分別與至少化學(xué)計量的熔劑Na2NO3或NaOH，K2CO3或KOH在750-950℃下混合灼燒而得到的含有偏鈦酸鈉或偏鈦酸鉀物料，還可以是其它含鈦物料，采用類似方法轉(zhuǎn)化成含偏鈦酸鈉或偏鈦酸鉀物料。反應(yīng)式為
對于例如廢鐵屑，高鈦渣等含鈦物料還可以用硝、硫酸混合物直接溶解，再按本發(fā)明的方法，經(jīng)配鹽-水解制得金紅石鈦白。
本發(fā)明用于水解含偏鈦酸鹽物料的無機強酸可以是硫酸、硝酸或鹽酸，硫酸沸點高，不易揮發(fā)，價格便宜，因此，最好選用硫酸。酸的加入量根據(jù)分解反應(yīng)而定，適當(dāng)過量有利于偏鈦酸鹽酸分解完全，在以金紅石礦為原料時，過量的酸可以中和偏鈦酸鹽中可能存在的過量的堿性熔劑。酸分解反應(yīng)的溫度隨含鈦物料以及選用的酸的不同而不同。以經(jīng)熔劑混合灼燒處理的金紅石礦為原料，其反應(yīng)溫度應(yīng)控制在略低于酸沸點，以鈦鐵礦為原料時，采用硫酸，需預(yù)熱至接近酸沸點。
酸分解反應(yīng)生成物是糊狀物，加水稀釋浸取反應(yīng)所生成的含鈦氧離子的鹽，經(jīng)過濾使之與礦物殘渣或生成的沉淀物分離，通常加入酸分解生成物的2-5倍的水進行稀釋。浸取溫度需要嚴格控制，低于60℃浸取不完全，而高于65℃，鈦氧離子易水解。以鈦鐵礦為原料，浸取液應(yīng)降至較低的溫度，以利于析出FeSO4·7H2O通?？梢圆捎帽}降溫至0-5℃。
按上述方法所得到的含鈦氧離子的浸取液中通常含有高價的V、Cr離子雜質(zhì)，加入鐵屑可將其中的高價態(tài)的V、Cr還原為極易被水洗掉的低價V、Cr離子，可以提高成品鈦白的白度。
本發(fā)明的含鈦氧離子的浸取液可以選用NH4Cl、KCl、RbCl或NH4Cl中任一種作為絡(luò)合劑，推薦選用KCl或NH4Cl，最好選用氯化銨。NH4Cl不僅價廉，而且在后處理過程中，銨離子很容易被除去。
為確保本發(fā)明鈦白產(chǎn)品的白度，需要充分洗去配鹽濾餅中可能存在的Fe2+、Fe3+、Vo2+、Cr3+，洗滌方法是已有技術(shù)，可以采用例如六偏磷酸鈉、EDTA溶液等，本發(fā)明采用H2SO4、H3PO4以及去等離子水洗滌。
凈化后的配鹽通常需加入所得配鹽15-25倍的去離子水進行稀釋，然后在堿的存在下進行水解反應(yīng)，可以選用NaOH、KOH或氨水溶液，以促進水解完全，最好選用氨水溶液。
本發(fā)明將通過以下實施例作進一步說明實施例1將20克約200目的山西代縣金紅石礦(約含TiO285%)和30克工業(yè)純堿混合均勻，在900℃下灼燒40分鐘，得Na2TiO3疏松熔塊36克。將熔塊研細，加入100ml 98%工業(yè)H2SO4，充分攪拌成黃色糊狀物，在120℃下維持一小時后，冷至室溫，加水400ml稀釋，在62℃下浸取2.5小時，冷至室溫，過濾，得硫酸氧鈦(TiOSO4)溶液。
在上述TiOSO4溶液中加入少量鐵屑至溶液呈淺棕色，過濾，濾去鐵屑，加入80克工業(yè)KCL，10分鐘內(nèi)通入氯化氫100ml，過濾，先后用30ml1∶8H2SO4，1∶9H3PO4洗滌三次，再用去離子水洗滌沉淀直至流出液無Fe3+、Fe2+為止(用KCNS、K3Fe(CN)6檢驗，得到白色的配鹽K2TiCl6濾餅。
在上述濾餅中加入500毫升去離子水，攪拌，邊加熱邊滴加1∶1氨水溶液至PH＝3-4微沸1小時，冷至室溫，過濾得到偏鈦酸濾餅，用去離子水洗至無K為止(用四苯硼鈉檢驗)。
將上述偏鈦酸濾餅烘干，研細，在900℃下煅燒6小時，得白色的鈦白粉17.6克過320目篩得成品鈦白粉，產(chǎn)品指標見表1，2和附圖
。
實施例2在按實施例1相同步驟得到的經(jīng)鐵屑處理后的TiOSO4溶液中加入57克NH4Cl，10分鐘內(nèi)通入100毫升氯化氫氣體，放置8小時，過濾，以下按實施例1的方法步驟處理得鈦白粉17.2克產(chǎn)品指標見表1，2(圖略)。
實施例3
在20克約200目的鈦鐵礦粉中加入預(yù)熱到120℃的98%的工業(yè)H2SO4，反應(yīng)25分鐘，加水稀釋至比重為1.52，在62℃條件下浸取四小時，用冰鹽浴冷至0℃，過濾，得TiOSO4溶液。
在上述TiOSO4溶液中加入少量鐵屑至溶液呈淺棕色，過濾，濾去鐵屑，加入加入37.6克工業(yè)KCl，10分鐘內(nèi)通入氯化氫50毫升，以下按實施例1的方法步驟處理后，在1000℃下煅燒4小時，得7克白色的鈦白粉，產(chǎn)品指標見表1，2(圖略)實施例4在按實施例3相同步驟所得到的經(jīng)鐵屑處理后的TiOSO4溶液中加入27克工業(yè)NH4Cl，在十分鐘內(nèi)通入50毫升氯化氫氣體，放置8小時，過濾，以下按實施例3的方法步驟處理得6.8克白色鈦白粉，產(chǎn)品指標見表1，2圖略)
附圖是實施例1產(chǎn)品鈦白的X-衍射圖。
附圖及表1數(shù)據(jù)均由中科院山西煤化所提供。由附圖及表1數(shù)據(jù)可知，按本發(fā)明方法所生產(chǎn)的鈦白均為金紅石型。
表2是不同鈦白的質(zhì)量分析指標對照表。表中日本R820型鈦白數(shù)據(jù)見“化工商品學(xué)”(上?；ぴ喜少徆?yīng)站)，我國商未制定金紅石型鈦白標準。
本發(fā)明產(chǎn)品鈦白的遮蓋力、吸油量是由太原染料廠中心化驗室按“部頒標準”顏料分析法分析;鈦白的白度由山西應(yīng)用化學(xué)所用BOJ-D型數(shù)字顯示白度計測定;Fe2O3含量是山西大學(xué)分析組用原子發(fā)射光譜分析而得。
由表2可見，按本發(fā)明方法所得的產(chǎn)品鈦白的主要性能指標均達到或優(yōu)于日本R820金紅石型鈦白。
本發(fā)明所提供的鈦白生產(chǎn)方法，工藝流程、設(shè)備簡單，成本低，而且通過對含有鈦氧離子的浸取液的還原處理、絡(luò)合、絡(luò)合物(配鹽)的洗滌凈化、水解生成物的洗滌凈化，使偏鈦酸濾餅與有害雜質(zhì)充分分離，因而所得偏鈦產(chǎn)品不僅色澤好而且質(zhì)量指標均達到或超過國家一級標準。產(chǎn)品使用范圍廣，使用價值高，經(jīng)濟效益大大提高。
本法不僅可用于改造鈦鐵礦-硫酸法生產(chǎn)鈦白的舊工藝，使之得到優(yōu)質(zhì)鈦白，提高經(jīng)濟效益，而且開辟了一種以高鈦含量的金紅石礦為原料生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鈦白的新途徑，對于開發(fā)我國豐富的金紅石礦資源，滿足日益增長的對優(yōu)質(zhì)鈦白的需要具有重要意義。
權(quán)利要求
1.一種鈦白的生產(chǎn)方法，包括以下步驟1)將含有偏鈦酸鹽的物料研細，加入至少化學(xué)計量的無機強酸，在室溫至130℃進行酸分解反應(yīng)0.5-1.5小時，冷至室溫，加水稀釋，在60-65℃下浸取約2-3小時，冷至0℃-室溫，過濾得到含有鈦氧離子的無機強酸鹽的浸取液，2)上述浸取液的預(yù)處理及水解，3)上述水解后的混合物，經(jīng)過濾得到偏鈦酸濾餅，4)偏鈦酸濾餅烘干、研細，在850-1050℃下煅燒2-6小時，過篩，其特征在于所述的含鈦氧離子浸取液的預(yù)處理及水解按以下步驟進行a)在上述含鈦氧離子浸取液中加入少量鐵屑，攪拌，直至溶液呈淺棕色，過濾，b)在上述經(jīng)還原處理后的含鈦氧離子浸取液中加入至少化學(xué)計量NH4Cl、KCl、R6Cl或CsCl中的任一種氯化物，通入氯化氫氣體，生成配鹽M2TiCl6沉淀，過濾，洗去濾餅中的金屬離子，c)在上述凈化后的配鹽中加入去離子水稀釋，在攪拌下加熱煮沸，不斷滴加堿水溶液，直至水解完全。
2.如權(quán)利要求1所述的鈦白生產(chǎn)方法，其特征在于所述的含有偏鈦酸鹽的物料是含有偏鈦酸鐵(FeTiO3)的鈦鐵礦石。
3.如權(quán)利要求1所述的鈦白生產(chǎn)方法，其特征在于所述的含有偏鈦酸鹽的物料是金紅石與熔劑Na2CO3或NaOH，K2CO3或KOH在750-900℃下混合灼燒而得到的含鈦酸鈉或含偏鈦酸鉀物料。
4.如權(quán)利要求1所述的鈦白生產(chǎn)方法，其特征在于所述的氯化物是氯化鉀或氯化銨。
全文摘要
一種鈦白生產(chǎn)方法，是以鈦鐵礦或強堿熔融處理后的金紅石礦為原料，與無機強酸反應(yīng)得到含有鈦氧離子的無機強酸鹽溶液，在該溶液中加入NH
文檔編號C01G23/053GK1034703SQ88100410
公開日1989年8月16日 申請日期1988年1月26日 優(yōu)先權(quán)日1988年1月26日
發(fā)明者楊文斌, 王靖芳, 張黎明, 許寒雷, 姚銀堂, 王建星, 王慶生 申請人:山西大學(xué)