专利名称：采用电解还原去除偏钛酸中三价铁离子的方法
技术领域：
本发明涉及二氧化钛颜料制备技术领域，具体涉及一种采用电解还原去除偏钛酸中三价铁离子的方法。
背景技术：
二氧化钛俗称钛白粉，因为具有良好的光学性能，所以是最佳的白色颜料，广泛应用在涂料、造纸、塑料等领域。目前，钛白粉的生产工艺技术主要是两大核心，一是赋予二氧化钛颜料性能，二是二氧化钛生产过程的提纯与杂质的去除，而最大的杂质就是铁，当铁的含量超过30ppm，人的肉眼就能够看到黄色的色调，影响了钛白粉的白度和光泽度度等颜料指标，并且在高温煅烧时，铁容易分解为与二氧化钛相同微晶结构的氧化铁，影响钛白粉的晶型结构。所以硫酸法钛白粉生产过程中，铁的去除相当关键。目前硫酸法钛白粉生产过程中，主要靠水洗、漂白、还原、漂洗的方式进行除杂质铁。水洗只能除掉可溶性的二价铁离子，而且PH值必须保持在2以下。当PH大于2以后，二价的铁离子极易氧化生成三价的氢氧化铁。因此，硫酸法钛白粉生产过程中，为了去除三价铁离子，采用了漂白和还原两种方式进行三价铁的去除。漂白就是将偏钛酸在搅拌下加入定量的工业硫酸，使浆液的硫酸浓度在80g/L左右，通蒸汽加热至70°C，使偏钛酸中的氢氧化铁溶解在硫酸中，生成硫酸高铁溶液。铝粉的加入量为偏钛酸(以TiO2计)的0.5% -1.0%。铝粉是固体粉末，为使铝粉能均匀地分散在偏钛酸中，应先将铝粉用水调成浆状后，分次加入。铝粉既能和浆料中的硫酸高铁发生化学反应，又能和浆料的硫酸作用而放出氢离子，使浆料中产生大量气泡，为此必须缓慢加人，以避免反应过于剧烈而造成浆料飞溅或冒锅。加完铝粉后，继续加热，使温度在80-9(TC下保温 1.5-2h，使硫酸高铁全部被还原成硫酸亚铁，硫酸钛被还原为三价钛而使浆料呈淡紫色。取样测定三价钛含量为0.3-0.5g/L (以TiO2计)，即为还原结束。将还原漂白好的偏钛酸浆料，用叶滤机过滤，再用去离子水洗涤偏钛酸，进一步洗去硫酸亚铁，将偏钛酸中的Fe2O3洗涤到小于30ppm为合格。化学反应式为:Fe(OH) 3+3H2S04 — Fe2 (SO4) 3+6H20H2Ti03+H2S04 — Ti (SO4) 2+2H203H2S04+2A1 — Al2 (SO4) 3+6 [H]Fe2 (SO4) 3+2 [H] — 2FeS04+H2S042Ti (SO4) 2+2 [H] — Ti2 (SO4) 3+H2S042 [H] — H2但是，加入铝粉和硫酸之后，虽然能够较好的将偏钛酸中残留的铁离子去除，但是又增加了铝离子和 硫酸，造成了最终产品的铝离子升高，产品质量波动加大，生产成本较高。到现在为止，该问题还没有得到解决。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用电解还原去除偏钛酸中三价铁离子的方法，该方法降低了生产成本，提高产品质量，且环保安全，操作简单。本发明所述的采用电解还原去除偏钛酸中三价铁离子的方法，包括以下步骤:(I)将偏钛酸用去离子水制备成为浆料；(2)浆料用硫酸溶解为硫酸钛溶液；(3)将硫酸钛溶液加入电解槽中，控制电解的时间在1-3小时、温度在40_60°C、电压在0.8-1.5V，进行电解制备含三价钛的溶液；(4)将含有三价钛的溶液加入到原料偏钛酸中还原三价铁为二价铁，再进行洗涤即可，以达到三氧化二铁小于30ppm，满足颜料级钛白粉的要求。所述的浆料中偏钛酸质量分数为40-70%。所述的硫酸的加入量与TiO2的质量比为3:1-6:1。
所述的电解槽中阳极采用石墨电极，阴极采用铜电极、钛电极或铅电极中的一种。所述的电解槽中采用离子膜，离子膜为常规的离子膜，为阴离子膜或阳离子膜中的一种，本发明优选阴离子膜。所述的电解制备三价钛还原三价铁的方法与传统文献中的直接电解还原三价铁的方法相比较，采用介质不一样，传统法采用硫酸与钛矿反应后的钛液，除硫酸钛外还有大量的铁、钙、镁等杂质，且含量高，电解的副反应多；而本发明采用偏钛酸与硫酸反应后的硫酸钛溶液，杂质含量低，副反应少，而且只要有三价钛存在就能满足工艺要求。本发明的有益效果如下:本发明通过将少量的偏钛酸先酸化后再电解制备含三价钛的溶液，最后将含三价钛的溶液加入到原料偏钛酸中从而有效地将原料偏钛酸中的三价铁还原为二价铁。不仅没有引入外来杂质，而且三价铁的去除效果优异。本发明与传统的漂白还原除去三价铁的方法相比，不需要加入铝粉进行三价钛的制备，因而减少了硫酸的用量，节约了生产成本，简化了生产工艺；本发明杜绝了传统生产工艺中加入铝粉后的危险因素，其环保安全，操作简单；产品中的铝含量低，提高了产品质量。
图1是传统工艺流程图；图2是本发明工艺流程图；图3是本发明工艺电解装置示意图。
具体实施例方式以下结合实施例对本发明做进一步描述。对比例I采用传统方法将IOOg偏钛酸在搅拌下加入50g工业硫酸，通蒸汽加热至70°C后，加入铝粉0.8g。加完铝粉后，继续加热，使温度在80-90°C下保温1.5-2h，使硫酸高铁全部被还原成硫酸亚铁，硫酸钛被还原为三价钛而使浆料呈淡紫色。用去离子水洗涤还原漂白好的偏钛酸浆料中的Fe203。实施例1
将IOOg的偏钛酸用0.5L去离子水制备成为200g/L的浆料，搅拌均匀后，缓慢加入硫酸，硫酸的加入量按照质量比H2SO4:Ti02=5:l加入。继续搅拌均匀并且加热到物料沸腾，使其溶解为硫酸钛溶液。将硫酸钛溶液冷却到50°C加入到电解槽中，控制电解的时间在I小时，电压在0.8V，进行电解制备三价钛，使三价钛比四价钛的比值大于90% ;将电解后的三价钛溶液加入到原料偏钛酸中还原其夹杂的三价铁为二价铁再进行洗涤，以达到三氧化二铁小于30ppm,满足颜料级钛白粉的要求。实施例2将IOOg的偏钛酸用0.5L去离子水制备成为200g/L的浆料，搅拌均匀后，缓慢加入硫酸，硫酸的加入量按照质量比H2SO4:Ti02=4:l加入。继续搅拌均匀并且加热到物料沸腾，使其溶解为硫酸钛。将硫酸钛溶液冷却到40°C加入到电解槽中，控制电解的时间在1.5小时，电压在1.0V，进行电解制备三价钛，使三价钛比四价钛的比值大于90% ;将电解后的三价钛溶液加入到原料偏钛酸中还原其夹杂的三价铁为二价铁再进行洗涤，以达到三氧化二铁小于30ppm,满足颜料级钛白粉的要求。实施例3将IOOg的偏钛酸用0.5L去离子水制备成为200g/L的浆料，搅拌均匀后，缓慢加入硫酸，硫酸的加入量按照质量比H2SO4:Ti02=6:l加入。继续搅拌均匀并且加热到物料沸腾，使其溶解为硫酸钛。将硫酸钛溶液冷却到60°C加入到电解槽中，控制电解的时间在2小时，电压在1.1V，进行电解制备三价钛，使三价钛比四价钛的比值大于90% ;将电解后的三价钛的溶液加入到原料偏钛酸中还原其夹杂的三价铁为二价铁再进行洗涤，以达到三氧化二铁小于30ppm,满足颜料级钛白粉的要求。实施例4将IOOg的偏钛酸用0.5L去离子水制备成为200g/L的浆料，搅拌均匀后，缓慢加入硫酸，硫酸的加入量按照质量比H2SO4:Ti02=3:l加入。继续搅拌均匀并且加热到物料沸腾，使其溶解为硫酸钛。将硫酸钛溶液冷却到50°C加入到电解槽中，控制电解的时间在3小时，电压在1.2V，进行电解制备三价钛，使三价钛比四价钛的比值大于90% ;将电解后的三价钛溶液加入到原料偏钛酸中还原其夹杂的三价铁为二价铁再进行洗涤，以达到三氧化二铁小于30ppm,满足颜料级钛白粉的要求。测试方法:将实施例1-4和对比例I所制备洗涤后的偏钛酸放置于已经洗净的陶瓷坩埚内，放置于马弗炉中，由低温升至400°C，恒温I小时进行脱水，然后继续升温至6000C，恒温2小时，进行脱除硫酸根，然后，继续升温至830°C，恒温I小时，然后取出自然冷却到室温后，放到光谱纯研磨机进行磨样，使样品细度达到325目通过后，用干粉白度计测试颜料指标。测试结果如表I。L表示颜料的亮度，a表示颜料的红绿程度，b表示颜料的黄蓝程度，Wh表示颜料的干粉白度。表I测试结果表
权利要求
1.一种采用电解还原去除偏钛酸中三价铁离子的方法，其特征在于包括以下步骤: (1)将偏钛酸用去离子水制备成为浆料； (2)浆料用硫酸溶解为硫酸钛溶液； (3)将硫酸钛溶液加入电解槽中，进行电解制备含有三价钛的溶液； (4)将含有三价钛的溶液加入到原料偏钛酸中还原三价铁为二价铁，再进行洗涤即可。
2.根据权利要求1所述的采用电解还原去除偏钛酸中三价铁离子的方法，其特征在于步骤(I)中所述的浆料中偏钛酸质量分数为40-70%。
3.根据权利要求1所述的采用电解还原去除偏钛酸中三价铁离子的方法，其特征在于步骤(2)中所述的硫酸的加入量与Ti02的质量比为3:1-6:1。
4.根据权利要求1所述的采用电解还原去除偏钛酸中三价铁离子的方法，其特征在于步骤(3)中所述的电解时间为1-3小时、温度为40-60°C、电压为0.8-1.5V。
5.根据权利要求1所述的采用电解还原去除偏钛酸中三价铁离子的方法，其特征在于步骤(3)中所述的电解槽中阳极采用石墨电极，阴极采用铜电极、钛电极或铅电极中的一种。
6.根据权利要求1所述的采用电解还原去除偏钛酸中三价铁离子的方法，其特征在于步骤(3)中所述的电解槽中采用离子膜，`离子膜为阴离子膜或阳离子膜中的一种。
全文摘要
本发明涉及一种二氧化钛颜料制备的技术领域，具体涉及一种将偏钛酸酸化后电解还原制备三价钛离子的方法。该方法先将偏钛酸酸化，再进行电解制备含三价钛的溶液，最后将得到的含三价钛的溶液加入到原料偏钛酸中还原三价铁为二价铁再进行洗涤即可。与传统的方法相比，本发明不需要加入铝粉，减少了硫酸的用量，简化了生产工艺，节约了生产成本；本发明环保安全，操作简单，产品中的铝含量低，提高了产品质量。
文档编号C01G23/053GK103172115SQ20131009708
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月25日 优先权日2013年3月25日
发明者李化全, 张斌, 郭传华, 孙鹏 申请人:山东东佳集团股份有限公司