高氧化铁钛精矿制备钛白粉的方法
【专利摘要】本发明属于钛精矿的应用领域，具体涉及一种高氧化铁钛精矿制备钛白粉的方法。针对现有技术不能直接利用高氧化铁钛精矿生产钛白粉的缺陷，本发明提供一种方法，通过特殊的酸解工艺，能够直接应用高氧化铁钛精矿生产钛白粉而不需要配加其他钛精矿。本发明将高氧化铁钛精矿粉碎后与浓硫酸混合，加入稀释剂，同时通入饱和水蒸汽引发主反应，主反应结束后熟化2～4h，再加入水浸取得到钛液，钛液沉降、结晶、浓缩和水解得到偏钛酸，偏钛酸漂洗、盐处理和煅烧得到钛白粉。应用该方法可使高氧化铁钛精矿酸解率提高2～4％，可直接利用高氧化铁钛精矿生产钛白粉。
【专利说明】
高氧化铁钛精矿制备钛白粉的方法
技术领域
[0001] 本发明属于钛精矿的应用领域，具体涉及一种高氧化铁钛精矿制备钛白粉的方 法。
【背景技术】
[0002] 钛精矿作为钛白粉生产原料，矿中三氧化二铁含量(Fe203多12 % )越高，酸解时钛 精矿的硫酸混合物粘度越大。当混合物失去流动性后，钛精矿的酸解率将会受到明显影响。 目前部分钛精矿的三氧化二铁含量较高，在20 %左右，二氧化钛品位约为80 %，钙、镁、铝、 硅等杂质含量较低。从化学成分上来看，这样的钛精矿是钛白粉生产的优质原料。但是按照 目前钛白粉生产的酸解工艺要求，采用该矿时，将钛精矿球磨至~325目（筛余<15% )，酸 解过程中混合物料的粘度很大，甚至在酸解引发过程中失去流动性，无明显主反应现象。因 此在现有工艺参数下，这类三氧化二铁含量较高的钛精矿无法单独在连续或间隙式酸解装 备上应用，只能与其它钛精矿(三氧化二铁含量5%左右)按一定比例搭配后酸解，且搭配比 例较低，限制了高氧化铁钛精矿的应用。
[0003] 目前使用高氧化铁钛精矿制备钛白粉时，一般是将高氧化铁钛精矿与普通钛精矿 按一定比例混合后再酸解，应用比例低，通常不高于30%，应用较为局限，本发明拟提供一 种直接用高氧化铁钛精矿制备钛白粉的方法。
【发明内容】
[0004] 针对高氧化铁钛精矿制备钛白粉利用率低、需要搭配普通钛精矿配合才能使用的 问题，本发明的目的是提供一种直接利用高氧化铁钛精矿制备钛白粉的方法。
[0005] 本发明解决技术问题的方案为提供一种高氧化铁钛精矿制备钛白粉的方法，包括 以下步骤:高氧化铁钛精矿酸解得到钛液，钛液沉降、结晶、浓缩和水解得到偏钛酸，偏钛酸 漂洗、盐处理和煅烧得到钛白粉，其特征在于:所述的高氧化铁钛精矿是指Fe 203多12%的钛 精矿，所述的酸解过程为:将高氧化铁钛精矿粉碎后与浓硫酸混合，加入稀释剂，同时通入 饱和水蒸汽引发主反应，主反应结束后熟化2~4h，再加入水浸取得到钛液。
[0006] 其中，上述高氧化铁钛精矿制备钛白粉的方法中，所述的高氧化铁钛精矿为氧化 铁含量12~30wt %的钛精矿。
[0007] 其中，上述高氧化铁钛精矿制备钛白粉的方法中，所述的粉碎为球磨，所述粉碎的 细度为:全部彡75μπι，且彡45μπι占有比例不高于45%。
[0008] 其中，上述高氧化铁钛精矿制备钛白粉的方法中，所述的高氧化铁钛精矿与浓硫 酸的重量比为1.50~1.62:1。
[0009] 其中，上述高氧化铁钛精矿制备钛白粉的方法中，所述的浓硫酸浓度为92.0~ 97.5%〇
[0010] 其中，上述尚氧化铁钦精矿制备钦白粉的方法中，所述稀释剂为废酸或水中的任 意一种；当所述稀释剂为废酸时，废酸加入量为钛精矿投量的〇. 15~0.3倍；当所述稀释剂 为水时，水的加入量为钛精矿投量的ο. 1~ο. 25倍。
[0011] 进一步的，上述高氧化铁钛精矿制备钛白粉的方法中，所述的蒸汽压力为0.4~ 0.7MPa 〇
[0012] 其中，上述高氧化铁钛精矿制备钛白粉的方法中，开始通入蒸汽至主反应发生的 时间控制为10~20min。
[0013]其中，上述尚氧化铁钦精矿制备钦白粉的方法中，所述加入水浸取钦液时水的加 入量为钛精矿投料量的2~3倍。
[0014] 其中，上述高氧化铁钛精矿制备钛白粉的方法中，所述的主反应主要包括以下反 应：
[0015] Ti〇2+H2S〇4 = TiOS〇4+H2〇
[0016] Fe2〇3+3H2S〇4=Fe2(S〇4)3+3H2〇
[0017] FeO+H2S〇4 = FeS〇4+H20
[0018] 本发明方法的有益效果是，本发明选择氧化铁含量为12~30wt%的高氧化铁钛精 矿为原料制备钛白粉，通过筛选调整酸解过程中原料的粒度，先将原料进行球磨分级，再与 硫酸混合酸解，酸解过程的改进，使得高氧化铁钛精矿的酸解率提高了2~4%，酸解率提高 最终使得钛白粉的生产率得以提高，并且解决了不能直接利用高氧化铁钛精矿生产钛白粉 的缺陷;此外，本发明还降低了球磨工序运行成本，降低生产成本;本发明的酸解方法简单 易行，无需设备改造，可行性强，应用前景广。
【具体实施方式】
[0019] 本发明提供一种高氧化铁钛精矿制备钛白粉的方法，包括以下步骤:高氧化铁钛 精矿酸解得到钛液，钛液沉降、结晶、浓缩和水解得到偏钛酸，偏钛酸漂洗、盐处理和煅烧得 到钛白粉，其特征在于:所述的高氧化铁钛精矿是指Fe 203多12%的钛精矿，所述的酸解过程 为:将高氧化铁钛精矿粉碎后与浓硫酸混合，加入稀释剂，同时通入饱和水蒸汽引发主反 应，主反应结束后熟化2~4h，再加入水浸取得到钛液。
[0020] 其中，上述高氧化铁钛精矿制备钛白粉的方法中，所述的高氧化铁钛精矿为氧化 铁含量12~30wt %的钛精矿。
[0021] 其中，上述高氧化铁钛精矿制备钛白粉的方法中，所述的主反应主要包括以下反 应：
[0022] Ti〇2+H2S〇4 = TiOS〇4+H2〇
[0023] Fe2〇3+3H2S〇4=Fe2(S〇4)3+3H2〇
[0024] FeO+H2S〇4 = FeS〇4+H20
[0025] 其中，上述高氧化铁钛精矿制备钛白粉的方法中，所述的粉碎为球磨，所述的细度 为全部彡75μπι，细度彡45μπι占有比例不高于45%。本发明中球磨后高氧化铁钛精矿的细度 较粗，一是为了减弱钛精矿的早期酸解反应，避免主反应前消耗过多硫酸;二是为了减少滞 留于钛精矿颗粒表面或孔隙中的硫酸量，保证酸解主反应前体系有足够量的液相。酸解主 反应前，氧化铁和氧化亚铁更易与二氧化钛发生反应，氧化铁和氧化亚铁与硫酸反应后将 在钛精矿颗粒表面或颗粒间形成粗糙界面和孔隙。氧化铁含量越高，早期反应形成的粗糙 界面和孔隙就更多，从而滞留的液相量更多，当体系温度不足以引发主反应(二氧化钛与硫 酸反应)时，酸解反应速度将减弱，从而导致体系失去流动性，酸解率变差。增大钛精矿酸解 反应时的粒度，还能降低了球磨工序运行成本，节约成本。本发明通过增大高氧化铁钛精矿 的粒度，改善了钛精矿与硫酸混合物的流动性，使酸解过程更加顺畅，从而提高了钛精矿的 酸解率，提尚了尚氧化铁钦精矿在制备钦白粉中的利用率。
[0026] 本发明中先将高氧化铁钛精矿与浓硫酸混合，再加入废酸或水稀释浓硫酸，稀释 时放出热量，为酸解反应的引发提供了部分热源;废酸或水的加入量与酸矿比(浓硫酸与钛 精矿的质量比）、浓硫酸浓度、反应时硫酸浓度有关，本发明中用废酸引发酸解反应时加入 量为钛精矿投量的0.15~0.3倍，用水引发酸解反应时加入量为钛精矿投量的0.1~0.25 倍。
[0027] 浓硫酸用量过少时，钛精矿酸解效果差，浓硫酸用量过多，则酸解得到的钛液硫酸 含量增加，不利于后期钛液水解，为了权衡酸解效果和钛液的水解，发明人将高氧化铁钛精 矿与浓硫酸的重量比定为1.50~1.62:1时，效果最好;硫酸浓度也对酸解效果有影响，硫酸 浓度过低，加入废酸或稀释水产生的稀释热过少，不利于酸解反应，硫酸浓度过高，硫酸价 格相对较高，安全风险也较大，因此，发明人选用浓度为92.0~97.5 %的浓硫酸对钛精矿进 行酸解。
[0028] 为了缩短酸解主反应引发时间，以使酸解混合物体系保持良好的流动性，本发明 中通入饱和水蒸汽引发反应。由于酸解时主反应引发时间越长，混合物体系粘度将会增加， 甚至出现过早固化的风险，因此，为了缩短主反应引发时间，上述高氧化铁钛精矿制备钛白 粉的方法中，将蒸汽压力设置为0.4~0.7MPa，开始通入蒸汽至主反应发生的时间控制为10 ~20min〇
[0029] 下面结合实施例对本发明技术方案做进一步说明，但不表示将保护范围限制在实 施例范围内。
[0030] 实施例1用本发明技术方法制备钛白粉1
[0031] 将高氧化铁钛精矿球磨至-200目（-325目筛下为5% )。在体积为30m3的酸解锅中 注入钛精矿质量1.52倍(与100 %的硫酸相比)浓度为92 %的硫酸，开启压空，空气压力设置 为3kg;然后一次性投入钛精矿6t至酸解锅中，用压空搅拌20min;加入适量稀释水，通入蒸 汽引发酸解主反应，蒸汽压力为〇.45MPa。物料经熟化、浸取，得到钛液。酸解最高温度198 °C，过程流动性好，酸解率92.6 %。
[0032] 酸解得到的钛液经沉降、结晶、浓缩，得到浓钛液。采用外加晶种水解法水解，制得 偏钛酸。水解偏钛酸经漂洗合格后，加入二氧化钛质量0.3倍的钾盐（以K 20计，如硫酸钾、磷 酸钾）、0.1倍的磷盐（以Ρ2〇5,如磷酸）、0.15倍的锌盐（以ΖηΟ计，如硫酸锌），经高温煅烧后得 到金红石型钛白粉初品。制得的钛白粉初品白度L为97.15。
[0033] 实施例2用本发明技术方法制备钛白粉2
[0034]将高氧化铁钛精矿球磨至-200目（-325目筛下为15% )。在体积为30m3的酸解锅中 注入钛精矿质量1.52倍(与100 %的硫酸相比)浓度为92 %的硫酸，开启压空，空气压力设置 为3kg;然后一次性投入钛精矿6t至酸解锅中，用压空搅拌20min;加入适量稀释水，通入蒸 汽引发酸解主反应，蒸汽压力为〇.50MPa。物料经熟化、浸取，得到钛液。酸解最高温度197 °C，过程流动性好，酸解率92.8 %。
[0035]酸解后的钛液制备钛白粉的方法如实施例1，制得的钛白粉白度L为97.15。
[0036]实施例3用本发明技术方法制备钛白粉3
[0037]将高氧化铁钛精矿球磨至-200目（-325目筛下为26% )。在体积为30m3的酸解锅中 注入钛精矿质量1.52倍(与100 %的硫酸相比)浓度为92 %的硫酸，开启压空，空气压力设置 为3kg;然后一次性投入钛精矿6t至酸解锅中，用压空搅拌20min;加入适量稀释水，通入蒸 汽引发酸解主反应，蒸汽压力为〇.60MPa。物料经熟化、浸取，得到钛液。酸解最高温度197 °C，过程流动性好，酸解率92.4 %。
[0038] 酸解后的钛液制备钛白粉的方法如实施例1，制得的钛白粉白度L为97.10。
[0039] 实施例4用本发明技术方法制备钛白粉4
[0040] 将高氧化铁钛精矿球磨至-200目（-325目筛下为34% )。在体积为30m3的酸解锅中 注入钛精矿质量1.52倍(与100 %的硫酸相比)浓度为92 %的硫酸，开启压空，空气压力设置 为3kg;然后一次性投入钛精矿6t至酸解锅中，用压空搅拌20min;加入适量稀释水，通入蒸 汽引发酸解主反应，蒸汽压力为〇.70MPa。物料经熟化、浸取，得到钛液。酸解最高温度195 °C，过程流动性好，酸解率92.5 %。
[0041 ]酸解后的钛液制备钛白粉的方法如实施例1，制得的钛白粉白度L为97.12。实施例 5用本发明技术方法制备钛白粉5
[0042]将高氧化铁钛精矿球磨至-200目（-325目筛下为45% )。在体积为30m3的酸解锅中 注入钛精矿质量1.52倍(与100 %的硫酸相比)浓度为92 %的硫酸，开启压空，空气压力设置 为3kg;然后一次性投入钛精矿6t至酸解锅中，用压空搅拌20min;加入适量稀释水，通入蒸 汽引发酸解主反应，蒸汽压力为〇.40MPa。物料经熟化、浸取，得到钛液。酸解最高温度192 °C，过程流动性较好，酸解率92.3 %。
[0043]酸解后的钛液制备钛白粉的方法如实施例1，制得的钛白粉白度L为97.15。对比例 6不使用本发明技术方法制备钛白粉6
[0044] 对比例6的高氧化铁钛精矿粒度不在本发明范围内，并且未通入蒸汽加热。
[0045] 将高氧化铁钛精矿球磨至-200目（-325目筛下为60% )。在体积为30m3的酸解锅中 注入钛精矿质量1.52倍(与100 %的硫酸相比)浓度为92 %的硫酸，开启压空，空气压力设置 为3kg;然后一次性投入钛精矿6t至酸解锅中，用压空搅拌20min;加入适量稀释水引发酸解 主反应，物料经熟化、浸取，得到钛液。酸解最高温度188 °C，过程流动性差，酸解率90.3 %。
[0046] 酸解后的钛液制备钛白粉的方法如实施例1，制得的钛白粉白度L为97.10。对比例 7不使用本发明技术方法制备钛白粉7
[0047] 对比例7的高氧化铁钛精矿粒度不在本发明范围内，并且未通入蒸汽加热。
[0048]将高氧化铁钛精矿球磨至-325目（筛余为1 % )。在体积为30m3的酸解锅中注入钛 精矿质量1.52倍(与100%的硫酸相比)浓度为92%的硫酸，开启压空，空气压力设置为3kg; 然后一次性投入钛精矿6t至酸解锅中，用压空搅拌20min;加入适量稀释水引发酸解主反 应，物料经熟化、浸取，得到钛液。酸解最高温度180°C，过程流动性很差，酸解率88.5%。
[0049] 酸解后的钛液制备钛白粉的方法如实施例1，制得的钛白粉白度L为97.05。
[0050] 对比例8不使用本发明技术方法制备钛白粉8
[0051 ]对比例8使用普通钛精矿，未通入蒸汽加热制备钛白粉。
[0052]将普通钛精矿球磨至-325目（筛余为1 % )。在体积为30m3的酸解锅中注入钛精矿 质量1.52倍(与100%的硫酸相比)浓度为92%的硫酸，开启压空，空气压力设置为3kg;然后 一次性投入钛精矿6t至酸解锅中，用压空搅拌20min;加入适量稀释水引发酸解主反应，物 料经熟化、浸取，得到钛液。酸解最高温度185 °C，过程流动性略差，酸解率92.6 %。
[0053]酸解后的钛液制备钛白粉的方法如实施例1，制得的钛白粉白度L为96.60。
[0054]表1为本发明方法和现有方法采用条件参数进行酸解的对比，结果如下：
[0055] 表1实施例和对比实施例结果
[0058]由表1可见，采用本发明技术后，酸解率提高2~4% ;与以普通钛精矿为原料相比， 钛白粉白度L约提高0.5。
[0059]发明人采用的酸解锅为30m3,由于实际生产过程中部分钛白粉生产企业采用的酸 解锅为100~130m3,为了避免因设备因素带来的误差，发明人针对两种不同大小的酸解锅， 考察其对生产工艺条件的影响，结果见表2。
[0060] 表2不同大小的酸解锅对工艺条件的影响
[0061]
[0062](注，表2中应用的工艺除调整了酸解锅的大小、压缩空气的压力值、压缩空气的搅 拌时间，其余参数均为实施例1的工艺参数）
[0063] 由表2可见，本发明方法不受酸解锅大小因素的影响，按照本发明制备方法调整高 氧化铁钛精矿的粒度后均可实现较佳的物料流动性和提高酸解率的目的。
[0064] 综上，本发明方法简单易行，现场工艺设备无需改造，可行性强，应用前景广。
【主权项】
1. 尚氧化铁钦精矿制备钦白粉的方法，包括以下步骤：尚氧化铁钦精矿酸解得到钦液， 钛液沉降、结晶、浓缩和水解得到偏钛酸，偏钛酸漂洗、盐处理和煅烧得到钛白粉，其特征在 于:所述的尚氧化铁钦精矿是指Ρθ2〇3^=12%的钦精矿，所述的酸解过程为:将尚氧化铁钦精 矿粉碎后与浓硫酸混合，加入稀释剂，同时通入饱和水蒸汽引发主反应，主反应结束后熟化 2~4h，再加入水浸取得到钛液。2. 根据权利要求1所述的尚氧化铁钦精矿制备钦白粉的方法，其特征在于:所述的尚氧 化铁钛精矿为氧化铁含量12~30wt %的钛精矿。3. 根据权利要求1或2所述的高氧化铁钛精矿制备钛白粉的方法，其特征在于:所述的 粉碎为球磨，所述粉碎的细度为:全部< 75μπι，且<45μπι占有比例不高于45 %。4. 根据权利要求1~3任一项所述的高氧化铁钛精矿制备钛白粉的方法，其特征在于： 所述的高氧化铁钛精矿与浓硫酸的重量比为1.50~1.62:1。5. 根据权利要求1~4任一项所述的高氧化铁钛精矿制备钛白粉的方法，其特征在于： 所述的浓硫酸浓度为92.0~97.5%。6. 根据权利要求1~5任一项所述的高氧化铁钛精矿制备钛白粉的方法，其特征在于： 所述稀释剂为废酸或水中的任意一种。7. 根据权利要求1~6任一项所述的高氧化铁钛精矿制备钛白粉的方法，其特征在于： 所述稀释剂为废酸时，废酸加入量为钛精矿投量的〇. 15~0.3倍;所述稀释剂为水时，水的 加入量为钛精矿投量的〇. 1~〇. 25倍。8. 根据权利要求1~7任一项所述的高氧化铁钛精矿制备钛白粉的方法，其特征在于： 所述蒸汽的压力为〇 · 4~0 · 7MPa。9. 根据权利要求1~8任一项所述的尚氧化铁钦精矿制备钦白粉的方法，其特征在于： 开始通入蒸汽至主反应发生的时间为10~20min。10. 根据权利要求1~9任一项所述的高氧化铁钛精矿制备钛白粉的方法，其特征在于： 所述加入水浸取钛液时水的加入量为钛精矿投料量的2~3倍。
【文档编号】C22B3/08GK105970006SQ201610529645
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月7日
【发明人】王斌, 吴小平, 陈新红, 王海波, 罗志强, 刘源, 刘杰
【申请人】攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司