专利名称：钛白粉的生产方法
技术领域：
本发明属于钛白粉生产领域，具体涉及一种采用钛矿经酸解后的钛液生产钛白粉的方法。
背景技术：
钛白粉(又称二氧化钛)具有稳定的物理、化学性质和优良的光学、电学性质以及优异的颜料性能，因此广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。钛白粉的生产方法主要有硫酸法和氯化法。硫酸法因生产成本较低，在我国企业大多还是采用硫酸法生产钛白粉。硫酸法主要是以钛渣和钛矿等为原料，利用硫酸进行酸解反应生成硫酸氧钛，再水解生成偏钛酸，然后经煅烧、粉碎即得到二氧化钛，二氧化钛即通常所称的钛白粉。硫酸法现有技术工艺流程如下酸解钦禮、钦矿一浓缩一硫酸亚铁结晶一外加晶种水解(或自生晶种水解)一过滤一水洗一漂白一过滤一漂洗一盐处理一煅烧制粉。在现有硫酸法制备钛白粉的工艺中，用于水解的钛液其具体指标为总钛含量195-205g/L (以TiO2的含量计)，铁钛比O. 25-0. 30。而一般地，钛矿酸解后产生的钛液总钛含量通常为120-145g/L (以TiO2的含量计)，钛渣酸解后产生的钛液总钛含量通常为220-260g/L (以TiO2的含量计)；因此，如果单独以钛矿或钛渣为原料采用现有酸解法生产钛白粉时，均需要将酸解得到的钛液通过稀释或浓缩的方式获得总钛含量195-205g/L (以TiO2的含量计)，铁钛比O. 25-0. 30的钛液。另外，由于钛渣价格较钛矿价格昂贵，多数厂家为了节约生产成本采用钛矿生产钛白，但是生产出的钛液都必须经过硫酸亚铁结晶过滤、钛液浓缩，才能生产出符合应用要求的钛白粉，而硫酸亚铁结晶和浓缩过程需花费大量时间及能耗。 可见，现有生产钛白粉的硫酸法存在工艺流程长、耗时、耗能等缺陷。
发明内容
本发明针对上述缺陷，提供一种钛白粉的生产方法，该生产方法既保证了钛白粉品质，又减少了工艺流程和生产成本。本发明的技术方案为本发明提供了一种钛白粉的生产方法，具体步骤为A、水解钛液的制备钛矿酸解得初始钛液,初始钛液通过沉降过滤得水解钛液,水解钛液满足总钛浓度 110-135g/L，铁钛比 O. 8-1. O ；B、偏钛酸的制备及处理步骤A所得水解钛液在晶种作用下水解制得总钛浓度为110_135g/L的偏钛酸,然后将其压榨过滤得总钛浓度为150-170g/L的偏钛酸；C、后处理
步骤B所得偏钛酸通过水洗、漂白使其偏钛酸铁含量低于70ppm ;再通过盐处理、煅烧即得本发明的钛白粉；其中，B步骤中所述晶种满足总钛浓度120_140g/L、碱浓度8_9wt%、F值1. 6-1. 7、稳定性100-120ml水/IOml晶种钛液。优选的，上述A步骤中的水解钛液满足总钛浓度120_130g/L，铁钛比O. 8-0. 9。优选的，上述水解钛液的制备步骤为I)钛矿酸解得固相物；2)浸取固相物得初始钛液，浸取温度控制在65°C -75°C，控制初始钛液的波美度在45-48° Β ，三价钛的含量在l_3g/L ；3)初始钛液通过沉降过滤使其总钛浓度110-135g/L，铁钛比O. 8-1. O,即得水解钛液。优选的，B步骤中晶种添加量占水解钛液中总钛质量的1. 9-2. 2%。
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更优选的，B步骤中晶种添加量占水解钛液中总钛质量的2. 1%。优选的，上述B步骤偏钛酸的制备及处理方法为步骤A所得水解钛液在晶种作用下水解制得总钛浓度为110_135g/L偏钛酸，然后用总钛浓度为250-300g/L的偏钛酸与总钛浓度110-135g/L的偏钛酸调配成总钛浓度150-170g/L的偏钛酸。优选的，上述总钛浓度为250_300g/L的偏钛酸可通过下述方法制备将A步骤所得总钛浓度为110-135g/L的偏钛酸进行压榨过滤，滤饼加水使其总钛浓度为250-300g/L。优选的，步骤B中所述晶种的制备方法为将碱液与晶种钛液于95°C -97°C下混合，控制其稳定性在100-120ml $/IOmlswtfca，即得晶种；所述晶种钛液满足总钛浓度160-190g/L，铁钛比 O. 25-0. 45。优选的，上述晶种的制备方法为I)碱液预热至85°C -87°C，加入晶种钛液得混合液；2)升温至95°C _97°C，混合液稳定性控制在100-120ml水/10mlsw_，即得晶种；所述晶种钛液满足总钛浓度160_190g/L，铁钛比 O. 25-0. 45。优选的，所述碱液为氢氧化钠溶液。更优选的，所述晶种钛液满足总钛浓度180_190g/L，铁钛比O. 25-0. 35。优选的，上述晶种钛液的制备方法为I)渣矿混合物或钛渣酸解得固相物；2)浸取固相物得初始钛液，浸取温度控制在650C -750C，初始钛液的波美度控制在48-52° Be ；3)初始钛液通过沉降过滤使其总钛浓度160-190g/L，铁钛比O. 25-0. 45，即得晶种钛液。本发明的有益效果本发明钛白粉的生产方法采用钛矿经酸解后的钛液，不需要硫酸亚铁结晶，不需浓缩，直接外加晶种常压水解，然后生成钛白粉，所得钛白粉为锐钛型二氧化钛，可用于生产颜料级的钛白粉。本发明方法不需要硫酸亚铁结晶过滤过程，也不需要钛液浓缩过程，可节约大量生产成本，是一种耗时短、耗资少、低能耗的外加晶种常压水解制钛白粉生产方法。本发明生产方法简单易行，现场工艺流程不需要改造，可行性强。
具体实施例方式本发明提供了一种钛白粉的生产方法，具体步骤为A、水解钛液的制备钛矿酸解得初始钛液,初始钛液通过沉降压滤得水解钛液,水解钛液满足:总钛浓度110-135g/L，铁钛比O. 8-1. O ；B、偏钛酸的制备及处理步骤A所得水解钛液添加晶种经过水解得偏钛酸，再将偏钛酸压榨过滤得总钛浓度为150-170g/L的偏钛酸；C、后处理步骤B所得偏钛酸通过水洗、漂白使其偏钛酸铁含量低于70ppm ;再通过盐处理、煅烧即得本发明的钛白粉；其中，B步骤中所述晶种满足总钛浓度120_140g/L、碱浓度8_9wt%、F值1.6-1.7 ;F(酸比)值=有效酸含量+总钛含量，有效酸含量指钛液中与钛结合的硫酸+游离的硫酸。(注计算有效酸含量与总钛含量的体积是相同的，所以F值也等于有效酸浓度+总钛浓度。)上述水解钛液的制备步骤为I)钛矿酸解得固相物；2)浸取固相物得初始钛液，浸取温度控制在65°C -75°C，控制初始钛液的波美度在45-48Be'，三价钛的含量在l-3g/L ；3)初始钛液通过沉降过滤使其总钛浓度110-135g/L，铁钛比O. 8-1. O,即得水解钛液；其中，步骤2)中采用浸溃液进行浸取，浸溃液为总钛浓度5-10g/L的钛液、15wt%-20wt%废酸或水中的至少一种。上述方法中，控制浸取温度65°C -75°C的目的是防止钛液水解；通过加入铁粉将四价钛还原成三价钛，控制三价钛的含量在l_3g/L是为了使钛液水解后的偏钛酸易于洗涤；控制波美度是为了便于后续调整钛液的浓度和铁钛比；步骤3中沉降过滤中需钛液放入沉降池后5小时之内，必须压榨过滤，否则钛液冷却导致硫酸亚铁结晶。波美度是表示溶液浓度的一种方法，把波美比重计浸入所测溶液中，得到的度数就叫波美度。
优选的，上述B步骤偏钛酸的制备及处理方法为步骤A所得水解钛液在晶种作用下水解制得总钛浓度为110_135g/L偏钛酸，然后用总钛浓度为250-300g/L的偏钛酸与总钛浓度110-135g/L的偏钛酸调配成总钛浓度150-170g/L的偏钛酸。上述总钛浓度为250-300g/L的偏钛酸可通过下述方法制备将A步骤所得总钛浓度为110-135g/L的偏钛酸进行压榨过滤，滤饼加水使其总钛浓度为250-300g/L。本发明之所以不直接将所得浓度为110-135g/L偏钛酸压榨过滤至总钛浓度为150-170g/L的偏钛酸，主要原因为一、物料经过压榨，粒度变细；若不与粒度粗的料混合，过滤难、洗涤难；二、压榨一个周期需3h，调配成总钛浓度150-170g/L的偏钛酸，生产线循环至少需要3台压榨机(本发明只需要压榨机I台(规格450m2)，一组总钛浓度250-300g/L压榨料就可以混合70m3110_135g/L偏钛酸物料，时间很充裕)；三、压榨过滤后，残留在物料中三价钛在滤饼加水搅拌时，会被氧化为四价钛，从而部分亚铁被氧化为高铁，后续阶段不易洗涤；只有与三价钛含量l_3g/l的110-135g/L偏钛酸物料混合，使高铁还原为亚铁。优选的，上述晶种钛液的制备方法为I)钛渣与渣矿混合物或钛渣酸解得固相物；2)浸取固相物得初始钛液，浸取温度控制在65°C _75°C，初始钛液的波美度控制在48-52Be' ；3)初始钛液通过沉降过滤使其总钛浓度160-190g/L，铁钛比O. 25-0. 45，即得晶种钛液；其中，步骤2)中采用浸溃液进行浸取，浸溃液为总钛浓度5-10g/L的钛液、15wt%-20wt%废酸或水中的至少一种。具体的，上述晶种的制备方法为I)碱液预热至85°C -87°C，加入晶种钛液得混合液；2)升温至95°C _97°C，混合液稳定性控制在100-120ml水/IOmlswtm，即得晶种；所述晶种钛液为钛浓度160_190g/L，铁钛比O. 25-0. 45的钛液。稳定性25°C水稀释IOml钛液直至出现乳白色浑浊所用水的毫升数；稳定性过高，钛液就很难产生水解，最后获得的偏钛酸粒子过细；稳定性过低，钛液水解过快，形成的偏钛酸粒子过粗且不均匀，从而影响颜料性能和光学指标。更优选的，本发明B步骤偏钛酸的制备及处理方法具体为A、准备晶种(I)碱液预热至85°C -87°C，加入晶种钛液；(2)升温至95°C -97°C，晶种稳定性控制在100_120ml水/IOml晶种钛液，即得晶种；B、水解制偏钛酸(I)将上述制得的晶种立即加入到96_102°C的钛液中，混匀得水解钛液及晶种混合物；
(2)将水解钛液及晶种混合物放入水解容器中搅拌并加热至100_102°C，在10-20min内将水解钛液及晶种混合物升温至沸腾，温度为106±2°C ;当水解体系变为由黑色转蓝色或灰色时，停止搅拌和加热，熟化至少30min ;熟化即停止加热和搅拌静置的过程，熟化的目的是为了使偏钛酸粒子进一步长大，且增长得比较温和、均匀；熟化也可以明显地改变偏钛酸的过滤和水洗性能，使过滤和水洗速度提高约50% ；目的使偏钛酸颗粒分布范围变窄，粒子外貌均匀、成长规则；若熟化时间过长，形成粒度较大的颗粒，则会影响成品的颜料性能和光学性质；(3)恢复加热和搅拌，保持微沸2_3h ；(4)然后加入温度85_95°C的水，稀释到总钛浓度110_135g/L，保持微沸l_2h得偏钛酸；C、偏钛酸压榨过滤及调浆浓(I)偏钛酸压榨过滤将水解后偏钛酸压榨过滤1-1. 5h，滤饼加水打浆，偏钛酸总钛浓度控制在250-300g/L ;该步骤目的是一方面，由于水解后偏钛酸浓度110-135g/L，导致水洗时叶滤机上片过滤时间长，因此通过压榨过滤，使偏钛酸浓度提高；一方面，由于偏钛酸粒子絮团较大，当偏钛酸放入水洗上片池后物料下沉，从而导致叶滤机上的偏钛酸厚薄不均匀，不易洗涤；再一方面，通过压榨过滤，可以将大部分硫酸亚铁和废酸除去，还可以将较大的偏钛酸絮团分散为较小的絮团，使偏钛酸粒度范围变小，粒子均匀，从而为产品质量稳定奠定了基础；(2)偏钛酸调浆将步骤I总钛浓度250_300g/L的偏钛酸与总钛浓度110_135g/L的偏钛酸混合成总钛浓度150-170g/L的偏钛酸；调配时遵循下述原则总钛浓度110-135g/L偏钛酸体积+总钛浓度250-300g/L的偏钛酸体积=6 9。优选的,本发明中，水解钛液满足总钛浓度120_130g/L,铁钛比O. 8-0. 9 ；晶种钛液满足总钛浓度180-190g/L，铁钛比O. 25-0. 35 ;这样可更好的控制产品质量稳定。本发明中，总钛浓度均以TiO2的含量计。本发明中，铁钛比是指钛液中总铁含量与总钛含量的质量比。发明人发现水解钛液总钛、铁钛比是影响后续水解的关键参数若水解钛液总钛低于110g/L，一方面，在沉降压滤阶段易发生早期水解；另一方面，离子浓度过低，水解后的偏钛酸粒子过粗，成品颜料性能和光学性能差；钛矿酸解后水解钛液总钛一般只能达135g/L。另外，若水解钛液铁钛比大于1. O，铁离子含量高，不利于洗涤，最后经煅烧后的成品会产生色相；铁钛比若低于O. 8则需补加铁粉，否则产品质量得不到保证。经过发明人验证，当水解钛液的总钛浓度为120-130g/L,铁钛比为O. 8-0. 9时,水解后的偏钛酸粒度适宜，成品颜料性能和光学性质最佳。下面结合实施例对本发明的具体实施方式
做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。材料及设备1、材料钛矿酸解后的水解钛液，钛渣钛矿混合物酸解后的晶种钛液、浓度为99%氢氧化钠(片状)、木质纤维素、浅除盐水(其制法是用阳离子交换树脂吸附原水中的Ca2+、Mg2+、Na+等阳离子后就制得浅除盐水，浅除盐水是弱酸性，pH值2-3)。2、设备90m3钛液预热槽、2. 5m3晶种预热罐、2m3晶种计量罐、2. 5m3晶种制备罐、IlOm3水解锅。原料的准备 一、钛液的制备水解钛液将钛精矿粉碎到其细度为325目筛余物占4_15%(细度主要是影响酸解率，细度过粗酸解率低；过细，随酸解率提高，但是有冒锅或炸锅的危险)，再将粉碎好的矿粉用脉冲气力输送泵分批送到酸解岗位；将磨细的钛精矿与硫酸反应生成可溶性的钛盐和铁盐等的固相物，将固相物浸取制得硫酸钛溶液与铁盐的溶液；再经过沉降压滤，除去钛液中机械杂质和胶体微粒，生产出充分净化的钛液；将过滤后的澄清钛液调配得到水解钛液，水解钦液的具体指标参数见表I ;晶种钛液将钛渣(或渣矿混合物)粉碎到其细度为325目筛余物占3-15%，再将粉碎好的矿粉用脉冲气力输送泵分批送到酸解岗位；将钛渣与硫酸反应生成可溶性的钛盐和铁盐等的固相物，将固相物浸取制得硫酸钛溶液与铁盐的溶液；再经过沉降压滤，除去钛液中机械杂质和胶体微粒，生产出充分净化的钛液；将过滤后的澄清钛液调配得到晶种钛液，晶种钦液的具体指标参数见表I ;表I水解钦液、晶种钦液指标
权利要求
1.钛白粉的生产方法，其特征在于，生产步骤为 A、水解钛液的制备 钛矿酸解得初始钛液，初始钛液通过沉降过滤得水解钛液，水解钛液满足总钛浓度110-135g/L，铁钛比 O. 8-1. O ； B、偏钛酸的制备及处理 步骤A所得水解钛液在晶种作用下水解制得总钛浓度为110-135g/L的偏钛酸,然后将其压榨过滤得总钛浓度为150-170g/L的偏钛酸； C、后处理 步骤B所得总钛浓度为150-170g/L的偏钛酸通过水洗、漂白使其偏钛酸铁含量低于70ppm ;再通过盐处理、煅烧即得本发明的钛白粉； 其中，B步骤中所述晶种满足总钛浓度120-140g/L、碱浓度8-9wt%、F值1. 6-1. 7，稳定性在100-120ml水/IOml晶种钛液。
2.根据权利要求1所述钛白粉的生产方法，其特征在于，上述A步骤中的水解钛液满足总钛浓度120-130g/L，铁钛比O. 8-0. 9。
3.根据权利要求1或2所述钛白粉的生产方法，其特征在于，上述水解钛液的制备步骤为1)钛矿酸解得固相物；2)浸取固相物得初始钛液，浸取温度控制在65°C _75°C，控制初始钛液的波美度在45-48° Β ，三价钛的含量在l_3g/L ；3)初始钛液通过沉降过滤使其总钛浓度110-135g/L，铁钛比O. 8-1. O,即得水解钛液。
4.根据权利要求1或2所述钛白粉的生产方法，其特征在于，B步骤中晶种添加量占水解钛液中总钛质量的1. 9-2. 2% ;优选为2. 1%。
5.根据权利要求1或2所述钛白粉的生产方法，其特征在于，上述B步骤偏钛酸的制备及处理方法为步骤A所得水解钛液在晶种作用下水解制得总钛浓度为110-135g/L偏钛酸，然后用总钛浓度为250-300g/L的偏钛酸与总钛浓度110-135g/L的偏钛酸调配成总钛浓度150-170g/L的偏钛酸。
6.根据权利要求5所述钛白粉的生产方法，其特征在于，所述总钛浓度为250-300g/L的偏钛酸制备方法为将A步骤所得总钛浓度为110-135g/L的偏钛酸进行压榨过滤，滤饼加水使其总钛浓度为250-300g/L。
7.根据权利要求1或2所述钛白粉的生产方法，其特征在于，步骤B中所述晶种的制备方法为将碱液与晶种钛液于95°C _97°C下混合，控制其稳定性在100-120ml|/10ml晶种 即得晶种；所述晶种钛液满足总钛浓度160-190g/L，铁钛比O. 25-0. 45。
8.根据权利要求7所述钛白粉的生产方法，其特征在于，步骤B中所述晶种的制备方法为1)碱液预热至85°C -87°C，加入晶种钛液得混合液；2)升温至95°C -97°C，混合液稳定性控制在100-120ml水/IOml晶种钛液，即得晶种。
9.根据权利要求7所述钛白粉的生产方法，其特征在于，所述晶种钛液满足总钛浓度180-190g/L，铁钛比 O. 25-0. 35。
10.根据权利要求7所述钛白粉的生产方法，其特征在于，所述晶种钛液的制备方法为1)钛渣与渣矿混合物或钛渣酸解得固相物；2)浸取固相物得初始钛液，浸取温度控制在65°C -75 V，初始钛液的波美度控制在48-52° Be ；3)初始钛液通过沉降过滤使其总钛浓度160-190g/L，铁钛比O. 25-0. 45，即得晶种钛液。
全文摘要
本发明属于钛白粉领域，涉及钛矿生产钛白粉的方法。本发明钛白粉的生产步骤为A钛矿酸解得初始钛液，初始钛液沉降过滤得总钛浓度110-135g/L、铁钛比0.8-1的水解钛液；B、步骤A的水解钛液在晶种作用下水解得总钛浓度110-135g/L的偏钛酸，然后将其压榨过滤得总钛浓度150-170g/L的偏钛酸；C、步骤B的偏钛酸经水洗、漂白使其偏钛酸铁含量低于70ppm；再经盐处理、煅烧得钛白粉；其中，B步骤晶种满足总钛浓度120-140g/L、碱浓度8-9%、F值1.6-1.7、稳定性100-120ml水/10ml晶种钛液。本发明采用钛矿生产颜料级钛白粉，不需硫酸亚铁结晶、浓缩，耗时短能耗低。
文档编号C01G23/053GK103043715SQ20121055359
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月19日 优先权日2012年12月19日
发明者杜长山, 吴桂兰, 梁秀梅, 陈正明, 马明建, 曾子龙, 张来维 申请人:攀枝花鼎星钛业有限公司