专利名称：一种含钛矿物制备氧化钛工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于氧化钛的制备领域，具体涉及一种以钛矿物为原料制备氧化 钛的绿色工艺。
技术背景氧化钛是一种重要无机材料，它广泛应用于国民经济中的各个行业，在 涂料行业，氧化钛是一种重要的原料，同时在造纸领域，它是很好的填料， 油墨的不可缺少的白色颜料，另外，在纺织，橡胶，化妆品中都有很大的应用。近年来，氧化钛作为光催化反应剂而备受人们关注，光催化剂大多为n 型半导体，如Ti02、 ZnO、 CdS、 W03、 Sn02、 Fe2OJ，其中具有纳米结 构的Ti02因其特有的半导体光催化性质及活性高、稳定性好，对人体无害而 成为研究最为广泛、最有前途的一种光催化剂。目前工业上制备Ti02的方法主要是硫酸法和氯化法，其中硫酸法，工艺 流程是先用高浓度的硫酸先将钛铁矿完全溶解，然后在正钛酸胶体为晶核的 诱导下，水解后生成Ti02.nH20，即偏钛酸。再经过焙烧可制备金红石型或 锐钛型Ti02，我国目前主要应用这种方法。氯化法是将金红石或高钛渣粉料 与焦炭混合后进行高温氯化先生产四氯化钛；经高温氧化生成二氧化钛；再 经过水洗、过滤、干燥、粉碎即得到钛白粉。氯化法虽然钛的回收率较高， 但是它的工艺条件较严格，投资成本高，同时污染也比较严重。所以寻找一 种对环境友好的制备氧化钛的工艺尤为重要。目前，很多人在这方面做了工 作，其中一部分是对硫酸法或者氯化法进行改进，如王永杰1用盐酸-氯化 法制备氧化钛。另外，还有其它方法由于成本过高而无法实现工业化生产， 如耿尚彝2]在真空等离子炉中制备氧化钛。中科院过程所张懿[3]等人采用将 钛铁矿加入到熔融的KOH溶液中，但是强碱在高温条件下，腐蚀性较强， 对设备要求较高。HenrikR4等人用含钛矿物和NaOH反应制备氧化钛同样存在这样的问题。并且他需要在加热的浓酸中将铁去除，操作较为复杂。以 上方法不仅存在着环境污染严重，并且浓酸和浓碱对设备腐蚀严重，更重要 的是，原料中的铁大部分要通过消耗大量的酸用来除去，这样不但造成严重 的环境污染问题，而且制备成本也一直居高不下。 发明内容本发明的目的是对原有硫酸法和氯化法制备氧化钛方法的基础上进行改 进，主要利用反应分相的方法，提供一种以含钛矿物为原料制备氧化钛的绿 色工艺。本发明的目的可以通过以下措施达到一种含钛矿物制备氧化钛工艺，将含钛矿物和碱金属盐混合后在800。C 1100。C下焙烧30分钟 20小时(其中优选在900。C 100(TC下焙烧 30分钟 8小时)，其中碱金属盐中的碱金属氧化物与钛矿物中的二氧化钛的 质量比为1:0.2 2 (优选为1:0.5 2)，产物分为两层；将下层的物质粉碎并 在稀酸溶液中浸泡处理，再经过过滤，滤饼在30(TC 60(TC下焙烧。其中碱金属盐为碱金属的碳酸盐或硝酸盐，如锂，钠，钾，铷，铯的碳 酸盐或硝酸盐。含钛矿物选自钛铁矿、假板钛矿、钛精矿或红钛铁矿中的一 种或几种。稀酸溶液为质量浓度为0.01°/。 5%的盐酸、硫酸、硝酸或磷酸； 下层的物质与稀酸溶液的质量比为1:1 1:20;稀酸中浸泡的时间为30分钟 5小时,优选30分钟 2小时。其中滤饼的焙烧时间为20分钟 10小时，优选为20分钟 4小时。 本发明使用钛铁矿、钛精矿等钛矿物作为原料，直接与碱金属盐进行反 应，控制适当的反应物比例、反应温度和时间，通过高温反应，烧结产物出 现明显的分层，钛矿物中的铁全部或大部分被富集在产物的上层，将上层物 剥离后，下层物质磨碎并在少量的稀酸溶液中浸泡，去除剩余的少量铁和其 它金属杂质，最后过滤，将滤饼在一定的温度下烧结，最终获得纯度大于95% 锐钛矿氧化钛粉末。本发明采用分相的方法与使用机械离心分离的方法相比， 其能量耗损降低90%。本发明与其它传统方法相比，所用酸的浓度为硫酸法的二十分之一到百分之一，酸的用量不到上述方法的5%。与氯化法相比，不要太高的投资， 运行成本低，同时不需要加入高浓度的强酸和强碱，对设备要求不高。
具体实施方式
实施例1原料配制钛精矿，碳酸钾；将两种原料混合均匀，其中K20与Ti02 的质量比为1: 2，烧结温度为900'C，烧结时间为3小时。剥离上层物质后， 将下层产物磨碎在质量浓度为0.01°/。的稀盐酸中浸泡处理30分钟，其中被洗 物质与酸溶液的质量比为1: 5过滤后产物经过500'C焙烧2小时，得到纯度 为95°/。的锐钛型1102。 实施例2原料配制钛铁矿，碳酸钠；将两种原料充分混匀，其中Na20与Ti02 的质量比为l: 1.5，烧结温度为温度为80(TC，烧结时间为8小时。剥离上 层物质后，将下层物质磨碎并在质量浓度为1°/。稀硫酸溶液中浸泡处理1小 时，其中被洗物质与酸溶液的质量比为1: 1，过滤后产物经过经过60(TC烧 结30分钟。得到纯度为97%锐钛型7102。 实施例3原料配制钛铁矿，硝酸钠；将两种原料充分混匀，其中其中Na20与 Ti02的质量比为l: 0.5，烧结温度为110(TC，烧结时间为3小时。剥离上层 物质后，将下层的物质磨碎并在质量浓度为5%的稀硝酸溶液中将浸泡处理2 小时，其中被洗物质与酸溶液的质量比为h 10，最后过滤并在60(TC中烧结 1小时，产物为纯度为96%的锐钛型Ti02。 实施例4原料配制钛铁矿和钛精矿，硝酸钾；将三种原料充分混匀，其中其中 K20与Ti02的质量比为1: 1.5，烧结温度为80(TC，烧结时间为50分钟。 剥离上层物质后，将下层钛氧化合物磨碎在质量浓度为0.1%的硫酸溶液中浸 泡处理1小时，其中被洗物质与酸溶液的质量比为l:20，最后过滤并在300°C中烧结20分钟。产物为纯度为97%的锐钛型1102。 实施例5原料配制假板钛矿，硝酸钾；将两种原料充分混匀，其中其中K20与 Ti02的质量比为l: 0.2，烧结温度为卯0 °C，烧结时间为20小时。剥离上 层物质后，将下层钛氧化合物磨碎在质量浓度为0.1%的磷酸溶液中浸泡处理 50分钟，其中被洗物质与酸溶液的质量比为1: 15，最后过滤并在40(TC中 烧结10小时。产物为纯度为98%的锐钛型Ti02。 比较例1原料配制钛铁矿，硝酸钾，将两种原料充分混匀，其中其中K20与 Ti02的质量比为4，烧结温度为90(TC，烧结时间为3小时，反应完成后， 没有发生分层现象，将产物磨碎后用质量浓度为0.02%稀盐酸除铁30分钟， 其中被洗物质与酸溶液的质量比为1: 5，过滤后产物经过60(TC焙烧2小时， 没有氧化钛生成。 比较例2原料配制钛精矿，碳酸钾，原料充分混匀，其中K20与Ti02的质量 比为1，烧结温度为700°C，烧结时间为3小时。反应完成后，没有分层现象， 将产物磨碎并在质量浓度为0.3%的稀硫酸溶液中酸洗1小时，其中被洗物质 与酸溶液的质量比为l: 10，过滤后产物经过50(TC焙烧2小时，没有得到氧 化钛。从实施案例和对比案例可以看出在适合的反应原料比例、恰当的反应温 度， 一定的反应时间下，通过高温反应可以将钛矿物中全部或大部分铁通过 分相方式分离出来，再通过稀酸洗涤除去产物中少量的残余铁，然后经过过 滤，烧结，最终获得锐钛矿氧化钛粉末。[1]王永杰等盐酸一氯化法生产钛白粉方法ZL87100993， 1988 [2]耿尚彝 一种钛铁矿的分离方法ZL1403605， 2003[3]张懿等由钛铁矿或高钛渣熔盐法清洁工艺制备氧化钛CN101024512A， 2007[4〗Henrik R等Process for preparing a pigmentary titanium dioxide US4759916A1 ， 1988 。
权利要求
1、一种含钛矿物制备氧化钛工艺，其特征在于将含钛矿物和碱金属盐混合后在800℃～1100℃下焙烧30分钟～20小时，其中碱金属盐中的碱金属氧化物与钛矿物中的二氧化钛的质量比为1∶0.2～2，产物分为两层；将下层的物质粉碎并在稀酸溶液中浸泡处理，再经过过滤，滤饼在300℃～600℃下焙烧。
2、 根据权利要求1所述的含钛矿物制备氧化钛工艺，其特征在于所述的 碱金属盐为碱金属的碳酸盐或硝酸盐。
3、 根据权利要求1所述的含钛矿物制备氧化钛工艺，其特征在于所述的 含钛矿物选自钛铁矿、假板钛矿、钛精矿或红钛铁矿中的一种或几种。
4、 根据权利要求1所述的含钛矿物制备氧化钛工艺，其特征在于所述的 稀酸溶液为质量浓度为0.01% 5%的盐酸、硫酸、硝酸或磷酸。
5、 根据权利要求1所述的含钛矿物制备氧化钛工艺，其特征在于浸泡时， 所述的下层的物质与稀酸溶液的质量比为1:1 1:20。
6、 根据权利要求1所述的含钛矿物制备氧化钛工艺，其特征在于所述的 下层物质在稀酸中浸泡的时间为30分钟 2小时。
7、 根据权利要求1所述的含钛矿物制备氧化钛工艺，其特征在于所述的 滤饼的焙烧时间为20分钟 10小时。
全文摘要
本发明公开了一种含钛矿物制备氧化钛工艺，将含钛矿物和碱金属盐混合后在800℃～1100℃下焙烧30分钟～20小时，其中碱金属盐中的碱金属氧化物与钛矿物中的二氧化钛的质量比为1∶0.2～2，产物分为两层；将下层的物质粉碎并在稀酸溶液中浸泡处理，再经过过滤，滤饼在300℃～600℃下焙烧，得到纯度大于95％的锐钛型氧化钛。本发明与其它传统方法相比，所用酸的浓度为硫酸法的二十分之一到百分之一，酸的用量不到上述方法的5％。与氯化法相比，不要太高的投资，运行成本低，同时不需要加入高浓度的强酸和强碱，对设备要求不高。
文档编号C01G23/08GK101239739SQ20081001983
公开日2008年8月13日 申请日期2008年3月18日 优先权日2008年3月18日
发明者新 冯, 畅 刘, 周亚新, 程宝君, 陆小华 申请人:南京工业大学