[发明专利]三价钛试剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛白粉生产工艺，尤其是一种硫酸法钛白粉生产工艺。

背景技术

二氧化钛是一种重要的无机化工原料，无毒、对健康无害，是最重要的白色颜料，占全部白色颜料使用量的80%，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品、食品等行业。我国目前钛白粉生产总量已达180万吨，钛白粉生产工艺主要有硫酸法和氯化法两种，我国生产工艺以硫酸法为主。其典型生产工艺流程可概括如下：

（1）用钛精矿或酸溶性钛渣与硫酸进行酸解反应，得到硫酸氧钛溶液；

（2）水解硫酸氧钛溶液得到粗偏钛酸浆料；

（3）对粗偏钛酸浆料进行水洗、盐处理，得预处理偏钛酸；

（4）预处理偏钛酸送入转窑煅烧产出TiO₂产品。

其中，对粗偏钛酸浆料进行水洗的工艺具体为：

（1）一次水洗：对粗偏钛酸浆料进行固液分离，得到一次滤饼；对一次滤饼进行水洗以去除其中铁离子，得到一洗偏钛酸饼；一洗偏钛酸饼加水打浆，得到一洗偏钛酸浆料；

（2）漂白还原：往一洗偏钛酸浆料中加入漂白剂和还原剂进行漂白，并加入煅烧晶种，得到漂白浆料；

（3）二次水洗：对漂白浆料进行固液分离，得到二次滤饼；对二次滤饼进行水洗以进一步去除其中铁离子，得到二洗偏钛酸饼；二洗偏钛酸饼加水打浆，得到二洗偏钛酸浆料。

在硫酸法钛白粉生产过程中，一次水洗后的偏钛酸中的铁杂质随着水洗时间的延长、酸度降低，逐渐被氧化，以固体高铁的形式存在，通过水洗已经无法进行去除，折算成Fe/TiO₂的比例在500～1000 ppm左右。偏钛酸中的痕量铁经过高温煅烧后，生成红色的三氧化二铁，混入金红石晶格，引起晶格变形，产生晶格缺陷，形成发色活性点，使得产品白度和消色力下降，影响到钛白粉的光学性质，使产品金红石钛白粉呈现黄色。因此生产金红石钛白粉时，必须对一次水洗偏钛酸进行漂白还原后，再通过二次水洗去除夹杂在偏钛酸中的杂质铁。目前通用的方法是采用硫酸进行漂白，然后采用三价钛试剂进行还原，二次水洗后可使Fe/TiO₂降低至0～30ppm，得到成品钛白粉的白度显著的提高。

用于还原的三价钛试剂通常为三价钛溶液，其生产方法为：采用经一次水洗后偏钛酸制备，在三价钛制备罐内加入一洗偏钛酸、硫酸，加热酸溶后用铝粉还原，保温、冷却后存放待用，然后使用铝粉将四价钛还原成三价钛。该过程中偏钛酸的溶解需要约140～150℃的温度，吨三价钛（以TiO₂计）的硫酸消耗约4～6吨。该制备工艺存在主要问题是：1、高酸度，高温度的反应条件使得设备腐蚀及故障严重，设备维护困难，维护费用高；2、由于三价钛使用后直接进入污水中和，因此造成钛的损失及收率的降低；3、三价钛制备过程中消耗大量的硫酸，且使用终端必须进行中和，因此生产成本极高；4、偏钛酸溶解需要极高温度，生产过程中完全采用蒸汽加热，能耗极高。

硫酸法金红石型钛白粉生产过程中通常需加入煅烧晶种改善煅烧质量，提高金红石粗品的颜料性能，煅烧晶种通常在漂白还原步骤中与漂白剂和还原剂一同加入系统中。典型的煅烧晶种制备工艺可概括如下：

（1）碱溶，偏钛酸与氢氧化钠混合发生碱溶，得到碱溶浆料；

（2）水洗，洗涤碱溶浆料，得到水洗饼和碱溶洗涤液；

（3）中和，中和水洗饼得正钛酸；

（4）酸溶，正钛酸与盐酸混合发生酸溶，稀释后得到煅烧晶种浆料；

为了降低三价钛试剂的生产成本，公开号为CN102616836A的专利文件公开了一种三价钛溶液的制备方法。其是将上述煅烧晶种制备过程中产生的副产物碱溶洗涤液浓缩成稠浆后，与硫酸混合加热，最后再加入还原剂，从而制得三价钛溶液。该方法实现了副产物碱溶洗涤液的回收利用，但是该方法制备三价钛溶液的原料实际上还是偏钛酸，仍然需要加入大量硫酸在高温下使偏钛酸酸溶，成本较高。

公开号为CN103708538A的专利文件提出了进一步的解决方案，该方法将硫酸与钛液（硫酸氧钛、硫酸、硫酸钛的混合溶液）混合加热后再加入还原剂，制得三价钛溶液。该方法无需在高温环境下进行，克服了上述方法的缺陷；但该方法仍然需要加入大量硫酸用于调节钛液的酸钛比，生产成本仍然较高。

发明内容

为解决现有技术中三价钛试剂的制备存在的以上问题，本发明提供了一种三价钛试剂的制备方法。

本发明所采用的技术方案是：三价钛试剂的制备方法，包括以下步骤：