[发明专利]一种制备金红石型二氧化钛的方法

说明书

技术领域

本发明属于无机金属化合物制备领域，具体地，本发明涉及一种制备金红石型二氧化钛的方法。

背景技术

二氧化钛，俗称钛白粉，是当前使用最为广泛的白色颜料，占全部白色颜料使用量的80%。它也是钛系的最主要产品，世界钛资源总量的90%都用来制造二氧化钛，二氧化钛在现代工农业、国防、科学技术等诸多领域中得到广泛的应用，与人民生活和国民经济有着密切的联系。

与锐钛型二氧化钛相比，金红石型二氧化钛具有更高的遮盖力和抗失光性及抗粉化性，不但具有稳定的物理化学性质，而且还具有优良的光学、电学特性和卓越的颜料性能。

目前，国内生产二氧化钛的方法主要有硫酸法和氯化法。氯化法以TiO₂含量85%以上的高钛渣（或金红石精矿）为原料，经氯化、精制和氧化工序，得到金红石型二氧化钛。该方法工艺流程短，连续化自动化程度高，“三废”排放量少，产品优质，但其缺点是对原料质量要求高，研发技术难度大，目前只有少数几个公司掌握此项技术（杜邦、美联化学等），设备投资费用高。

硫酸法以钛精矿（TiO₂含量45%～50%）和酸溶性钛渣（TiO₂含量约75%）为原料，经酸解、钛液制备、水解、煅烧和后处理工序，得到锐钛型或金红石型二氧化钛。该方法技术成熟，设备投资费用低，但工艺流程长，“三废”排放量大。硫酸法工艺经冷冻结晶分离亚铁后的稀钛液TiO₂浓度一般约150g/L，为制备合格的颜料级钛白，必须将此稀钛液进行真空浓缩，直至浓缩到TiO₂200±5g/L（加压水解用）或TiO₂215～230g/L（常压水解用）为止，造成工艺流程复杂；此外生产金红石型二氧化钛时需添加大量金红石煅烧晶种，且进行长时间的高温煅烧（＞950℃）。因此，亟待开发一种使用廉价的低品位钛渣为原料生产金红石型二氧化钛的方法，以取代技术难度大的氯化法和能耗高、污染严重的硫酸法钛白生产工艺。

发明内容

本发明的目的是克服现有钛白粉生产方法中存在的原料质量要求高、能耗高以及环境污染严重的特点，提供一种具有工业操作性、能耗低、环境友好的清洁生产金红石型二氧化钛的方法。

本发明生产金红石型二氧化钛的方法是以TiO₂含量低于60%的低品位钛渣为原料，使其在120～200℃下与70%～92%的硫酸反应制备中间产物，然后将中间产物进行逆流浸取、加氨低浓水解、洗涤和低温煅烧后制备金红石型二氧化钛。

本发明的制备金红石型二氧化钛的方法，包括以下步骤：

1）将硫酸加入到钛渣中，在120～200℃下反应0.5～5小时，得到酸解产物；

2）将步骤1）得到的酸解产物用稀硫酸进行浸取，浸取温度范围为25℃至60℃；

3）将步骤2）得到的钛液过滤，向所得滤液中加入氨水，控制H₂SO₄与TiO₂质量比为1.5～2.2，然后加入还原剂，直至钛液中出现浓度为2～3g/L的三价钛，得到TiO₂浓度为100～130g/L的钛液；

4）将步骤3）得到的钛液进行水解，水解温度控制在80～120℃，水解时间为0.5～5小时，将水解产物过滤，得到白色的水合二氧化钛固体和水解母液；

5）将步骤4）得到的水合二氧化钛固体在温度为650～950℃下煅烧2～10小时，得到金红石型二氧化钛。

根据本发明的制备金红石型二氧化钛的方法，步骤1）所述硫酸与钛渣的质量比为1.3:1～3:1，所述硫酸质量百分比浓度为70%～92%。

根据本发明的制备金红石型二氧化钛的方法，步骤1）所述钛渣的TiO₂含量低于60%。

根据本发明的制备金红石型二氧化钛的方法，步骤2）所述中间产物与稀硫酸的质量比为1:0.5～1:2，所述稀硫酸的质量百分比浓度优选为5%～20%。

上述步骤2）所述浸取方式优先多级逆流浸取。

根据本发明的制备金红石型二氧化钛的方法，步骤3）所述氨水加入量为滤液体积的5%～35%，所述氨水的质量百分比浓度优选为20%～28%。

根据本发明的制备金红石型二氧化钛的方法，步骤3）所述还原剂选自三价钛溶液、金属铁粉、铁屑、铁皮、金属锌、金属铝、亚硫酸钠或硫代硫酸钠中的一种。还原剂将钛液过滤后滤液中的三价铁还原为二价铁。