[发明专利]硫酸法钛白电解三价钛工艺

说明书

本发明涉及一种钛白粉酸解后硫酸钛溶液中三价铁的还原工艺，包含如下几个步骤：(1)钛精矿/钛渣和硫酸在酸解反应槽中进行酸解得到酸解钛液；(2)酸解钛液流入还原槽，还原槽中加入电解酸解钛液所获得的三价钛溶液；(3)还原槽流出的钛液部分进入多级电解槽的阴极室，部分钛液经浓缩进入水解反应槽；所述进入多级电解槽的钛液中，以二氧化钛计，Ti⁴⁺的浓度为140‑170g/L；(4)经过多级电解槽电解后产生的三价钛溶液返回至还原槽，对酸解钛液进行还原；所述多级电解反应中，阳极加入稀硫酸；电流密度为200‑400A/m²，运行48‑72小时，电解级数≥10级。本发明的工艺大大降低了现有硫酸法钛白粉工艺的成本，并提高了产品的纯度以及工艺的环保性。

技术领域

本发明属于化工领域，具体涉及一种硫酸法钛白粉酸解后硫酸钛溶液中三价铁的还原工艺。

背景技术

硫酸法和氯化法是生产钛白粉的主要工艺，硫酸法原料价格低廉、产品成本低，投资少，设备简单。经过几十年的改进，硫酸法产品的质量已经大幅提高。采用硫酸法钛白生产，工艺第一步是将钛铁矿与硫酸混合进行酸解反应，即，将钛铁矿和硫酸反应，把矿物中的钛转变成可溶性的硫酸盐，使其与其他杂质分离。该过程的化学反应原理如下：

TiO₂+H₂SO₄＝TiOSO₄+H₂O

FeO+H₂SO₄＝FeSO₄+H₂O

Fe₂O₃+3H₂SO₄＝Fe₂(SO₄)₃+3H₂O

反应生成的固体经水浸洗后，变成含硫酸氧钛、硫酸亚铁和大量Fe³⁺杂质的溶液，该溶液即为酸解钛液。生产过程中必须加入一定量的铁，将三价铁还原为二价铁，再分离除去二价铁。如果不除去这些三价铁杂质而直接进行水解反应，就不能获得品质优良的钛白粉产品。

酸解后硫酸钛溶液中三价铁的还原过程，现行工艺为在硫酸钛溶液中加入还原铁粉，将溶液中的Fe³⁺还原为Fe²⁺，同时还原少量(1-3g/L)TI⁴⁺满足后工序的工艺要求。而无论是铁皮、铁屑还是铁粉，由于其中含有杂质、油污和有色金属杂质，最终会影响钛白粉成品的质量。此外，采用Fe粉还原，反应剧烈，升温迅速，因硫酸钛溶液特性具有热不稳定性，尤其是局部过高的温度会导致盐水解反应的提前出现，在硫酸钛溶液中形成部分硫酸钛水解产物，这部分水解产物大部分被之后的过滤等除杂工序除去而造成钛的流失，少部分未能除去的水解产物则会进入硫酸法钛白关键工艺过程水解，在有序引导水解开始前存在的水解产物会在水解工艺过程中带来不良的结晶中心，最终影响到产品的粒径分布进而影响光学特性。因而，采用铁还原需要严格控制温升条件，其工艺条件操作严苛。采用还原铁粉还原，还需要在物料中额外加入铁粉和硫酸，反应所得的硫酸亚铁溶解在硫酸钛母液中，而硫酸亚铁在母液中的浓度大大高于后续水解工序的要求，需要额外进行降温结晶除去母液中多余的硫酸亚铁。此外，一般采用Fe³⁺含量10％的矿源下，硫酸法钛白在酸解后硫酸钛溶液还原工艺过程中需要消耗还原铁粉成本为200元/吨钛白，还原成本较高。

电解法三价钛由于不加入铁元素，已经引起业内人员的注意，是铁粉还原工艺的有效替代方法。该工艺仅利用母液电解产生还原，可以减少由于还原铁粉加入带来的硫酸亚铁副产物的产生，节约铁资源，目前的电解法有直接对三价铁溶液进行电解，也有通过电解配置的硫酸钛溶液进行电解，但是其往往采用设置离子隔膜的单级电解室进行电解，运行稳定性差，运行成本高，该方法目前只能适用于实验室条件小电解槽反应室，直接放大并不能获得所需的电解液，并且会大幅增加应用成本，超过直接投加铁粉的还原工艺，致使其根本无法投入工业生产。