[发明专利]一种以钛铁矿为原料制备金红石型钛白粉的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种从钛铁矿中提取钛制备金红石型钛白粉的方法，属于金红石型钛白粉的生产领域。

背景技术

钛白粉是目前最佳的，无可替代的白色无机化工颜料。被广泛应用于涂料、橡胶、塑料、造纸、印刷油墨、日用化工等领域。其生产有四种工艺：硫酸法，氯化法，盐酸法，碱法。氯化法钛白粉生产工艺因其生产过程环保和产品质量较高，是国际公认的、替代硫酸法的新一代先进技术。目前全球氯化法钛白粉与硫酸法钛白粉的产能比例大约为6∶4。在欧美发达国家，氯化法的比例则更高。而氯化法仅能生产金红石型钛白粉。虽然也可转化为锐钛型，但是在转化过程中需要增加工序，这就增加了额外成本。盐酸法只见于实验室和专利。碱法可达到高效分离，但目前只有在国内河南某工厂有中试。硫酸法用钛铁矿(TiO₂40％～60％)或者富钛渣(TiO₂70％～85％)作为原料，用浓硫酸热馏解这些原料，得到硫酸氧钛和硫酸铁，硫酸钛液水解得到偏钛酸，偏钛酸经过煅烧制得钛白粉。硫酸法工序多、流程长、污废量大，且传统产品多为锐钛型钛白粉。在钛白粉产品类型上，改良硫酸法也有优势。改良硫酸法既可生产高端产品金红石型钛白粉也可生产中低端产品锐钛型钛白粉。

硫酸法以间歇法操作为主，生产装置弹性大，利于开停车及负荷调整，原料便宜易得，成本低投资少，操作易控制。但其工艺复杂，需要近二十几道工艺步骤，每一工艺步骤必须严格控制，才能生产出最好质量的钛白粉产品，并满足颜料的最优性能。由于传统的硫酸法采用浓度较高的硫酸，其排出废物多，污染严重，三废治理耗资较大。硫酸法既可生产锐钛型产品，又可生产金红石型产品。但绝大多数为锐钛型产品。因此硫酸法如何得到较高提取率的金红石型钛白粉，成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种以钛铁矿为原料制备金红石型钛白粉的方法，包括以下步骤：

(1)钛矿研磨：把钛铁矿放入球磨机中研磨，研磨得到150～400目的钛矿粉；

(2)煅烧：将(1)中研磨得到的钛矿粉与硫酸铵、焦硫酸钾按1:3～6:0.5～1的质量比，优选1:6:0.5，混合均匀后放入管式炉中煅烧，温度为360～500℃，优选为450℃，保温0.5～2h，最佳为0.5h；使钛矿中二氧化钛变成硫酸氧钛，硫酸钛形式存在，有利于钛的提取，三价铁转化为Fe₂(SO₄)₃；二价铁转化为FeSO₄，产生的氨气用专用气体吸收装置回收利用；

(3)浸取：将(2)中煅烧得到的灰色固体研磨后用10～30％稀硫酸，最佳为浓度为20％在50～80℃下浸取4～10h，最佳条件为70℃下浸取10h，浸取后期加铁还原2～5h，最佳时间为4h，得到钛液；浓缩钛液，浓缩后与浓缩前体积比为0.5～0.8，优选0.733；浸取得到的残渣干燥留用；

(4)冷冻除铁：将(3)得到的浓缩后的钛液，TiO₂浓度为21～35g/L，置于冷冻设备中，结晶去除硫酸亚铁，降低钛液中铁含量，以免产生大量氧化铁红影响产品白度；用真空抽滤的方法过滤冷冻后的钛液，分离出浅绿色的硫酸亚铁晶体。冷冻后的钛液成乳白色的浑浊液，需轻轻摇晃使硫酸亚铁晶体沉底后再过滤。用蒸馏水洗涤过滤残渣，合并钛液。硫酸亚铁晶体回收留用；

(5)钛液浓缩：将(4)中除铁后的钛液，在50～70℃条件下，真空浓缩达到浓缩比为0.5～0.6；最佳浓缩比为0.58；

(6)钛液水解：将用(5)浓缩钛液7％重量作为制取金红石型的晶种原料，在晶种原料中加入氧化锌，调节pH值在2.5～3.0，加热温度60～80℃，保温1～2h，将水分蒸发，控制晶种浓度为14～26g/L。将制备好的晶种加入(5)得到的浓缩钛液中100～120℃水解4～7h，最佳温度为110℃水解6h，水解钛液浓度26～36g/L，最佳为30g/L，让硫酸氧钛变成偏钛酸沉淀出来；水解留下的水解液回收利用；

(7)水洗：将(6)中水解得到的偏钛酸用pH值小于0.5～1.5的酸性水水洗；去除偏钛酸中的杂质；回收水洗液；

(8)盐处理：在(7)中水洗后的偏钛酸中加入一些有利于金红石型转化的促进剂，所述促进剂为磷酸盐、锌盐等；

(9)煅烧：将(8)中盐处理后的偏钛酸放入马弗炉，在700～1000℃下保温1～3小时，最佳煅烧温度为900℃下保温2小时。得到色泽好、性能高的金红石型钛白粉。