CN101723448B - 制备含钛溶液的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种制备含钛溶液的方法，该方法包括以下步骤：将钛铁矿粉末和盐酸加入到反应器中，使钛铁矿粉末和盐酸的混合物在常压下在50℃～120℃保持0.5小时～7小时，在使所述混合物在常压下在50℃～120℃保持0.5小时～7小时的过程中向所述混合物补充HCl；对所述混合物进行固液分离，得到含钛溶液。根据本发明的制备含钛溶液的方法能够以高溶出率溶解钛铁矿中的TiO₂，并能抑制液相中的TiOCl₂水解。

Description

制备含钛溶液的方法

技术领域

本发明涉及一种制备含钛溶液的方法，特别涉及一种用盐酸溶解钛铁矿制备含钛溶液的方法。

背景技术

目前，高品质颜料级钛白的生产工艺主要有两种，即硫酸法和氯化法。由于硫酸法在生产过程中会产生大量难以回收再利用的废酸和含酸废水，只能进行中和处理后排放，这一方面增加了钛白的生产成本，另一方面给环境带来巨大压力。氯化法生产工艺对原料要求较高，需使用钙镁等有害元素较少的钛渣或者富钛料作为氯化的原料，我国普通的钛铁矿由于其钙镁含量较高，即使将其升级成钛渣或富钛料也难以用作氯化法的原料。

盐酸法是一种全新的钛白生产工艺。该工艺采用盐酸溶解普通钛铁矿制备含钛溶液，含钛溶液经过除杂处理得到净化之后进行水解，制备得到偏钛酸(TiO₂·H₂O，水合二氧化钛)，煅烧后即可得到高品质钛白产品。水解过程中产生的废酸和酸性废水可以通过成熟的喷烧技术，对其中的HCl和铁等有价金属元素进行回收。与硫酸法和氯化法相比，盐酸法钛白生产工艺具有成本低，对原料要求低，环境友好等优点。

在盐酸法钛白生产工艺中，需要采用盐酸溶解钛铁矿制备含钛溶液。和硫酸相比，盐酸的酸度较弱。在较弱的酸度下，钛铁矿中的TiO₂较难溶出，即溶出率较低，造成资源的浪费。此外，因为盐酸易挥发，所以在溶解反应过程中随着HCl的不断挥发，会导致反应体系的酸度不断降低，在较低的酸度下，液相中的TiOCl₂会发生水解，降低钛铁矿中TiO₂的溶出率。

因此，如何采用盐酸有效地溶出钛铁矿中的TiO₂以及如何抑制由于反应体系酸度降低导致的液相中的TiOCl₂水解，以最终提高TiO₂的溶出率，是盐酸法钛白生产工艺中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种以高溶出率制备含钛溶液的方法。

本发明的另一目的在于提供一种抑制液相中的TiOCl₂水解的制备含钛溶液的方法。

根据本发明的制备含钛溶液的方法包括以下步骤：将钛铁矿粉末和盐酸加入到反应器中，使钛铁矿粉末和盐酸的混合物在常压下在50℃～120℃保持0.5小时～7小时，在使所述混合物在常压下在50℃～120℃保持0.5小时～7小时的过程中向所述混合物补充HCl；对所述混合物进行固液分离，得到含钛溶液。

根据本发明的一方面，在使所述混合物在常压下在50℃～120℃保持0.5小时～7小时的过程中，搅拌所述混合物。

根据本发明的一方面，盐酸的浓度为10％～36％。

根据本发明的一方面，钛铁矿粉末的TiO₂质量百分比含量为30％～70％。

根据本发明的一方面，钛铁矿粉末的粒度范围为10μm～1000μm。

根据本发明的一方面，单位为mL的盐酸的体积数与单位为g的钛铁矿的质量数之间的比值为0.5∶1～30∶1。

根据本发明的一方面，向所述混合物补充HCl的步骤包括：将浓度为10％～36％的盐酸加入所述混合物。

根据本发明的一方面，向所述混合物补充HCl的步骤包括：向所述混合物补入干燥的氯化氢气体。

根据本发明的一方面，补充的HCl的量为加热之前加入反应器的盐酸中HCl量的10％～200％。

根据本发明的一方面，向所述混合物补充HCl的步骤包括：在使所述混合物在常压下在50℃～120℃保持0.5小时～7小时的整个过程中，向所述混合物连续补充HCl。

具体实施方式

根据本发明实施例的制备含钛溶液的方法包括以下步骤：将钛铁矿粉末和盐酸加入到反应器中，使钛铁矿粉末和盐酸的混合物在常压下在50℃～120℃保持0.5小时～7小时，在使混合物在常压下在50℃～120℃保持0.5小时～7小时的过程中向混合物补充HCl；对混合物进行固液分离，得到含钛溶液。

本发明的制备含钛溶液的方法所使用的钛铁矿不受限制，可以是普通的钛铁矿。即使是钙镁含量较高的钛铁矿，也适用于本发明的方法。

具体地讲，可以将常温下的钛铁矿粉末和盐酸加入到反应器中，通过搅拌使其充分混合，将混合物加热到50℃～120℃，然后在50℃～120℃保持0.5小时～7小时，同时在保温的过程中向反应混合物补充HCl；反应结束之后，对混合物进行固液分离，去除未溶解的残渣之后即得到含钛溶液。最初加入钛铁矿和盐酸的步骤不限于将常温下的钛铁矿和盐酸加入到反应器中；例如，可将热态的钛铁矿粉末和盐酸加入到反应器中。优选地，加热和保温的过程中搅拌混合物，以使钛铁矿和盐酸充分接触。

本发明的方法所用的钛铁矿的TiO₂含量可以为30％～70％；然而，本发明的方法不限于此，例如可以使用TiO₂含量低于30％或高于70％的钛铁矿。钛铁矿粉末的粒度范围可为10μm～1000μm；然而，本发明的方法不限于此，例如可以使用粒度小于10μm或大于1000μm的钛铁矿。本发明的方法所用的盐酸的浓度优选地为10％～36％。如果盐酸的浓度低于10％，则酸度太弱，导致钛铁矿中的TiO₂的溶出率太低。

这里，将盐酸和钛铁矿的混合物加热到50℃～120℃，然后在50℃～120℃保持0.5小时～7小时。如果温度低于50℃，会导致固相中的TiO₂无法充分溶出，降低溶出率；如果温度高于120℃，会导致反应体系中的HCl迅速挥发，降低体系酸度，并最终降低溶出率。如果保温时间少于0.5小时，会导致固相中的TiO₂无法充分溶出，降低溶出率；如果时间比7小时长，会导致反应体系酸度由于HCl的挥发而逐渐降低，并最终降低溶出率。

钛铁矿粉末的加入量根据生产规模确定。盐酸的加入量可根据钛铁矿的加入量、盐酸的浓度以及钛铁矿的主要成分TiO₂、FeO、Fe₂O₃、MgO和CaO的含量来确定。HCl与钛铁矿的主要成分的反应如下式所示：

2HCl+TiO₂＝TiOCl₂+H₂O

2HCl+FeO＝FeCl₂+H₂O

6HCl+Fe₂O₃＝2FeCl₃+3H₂O

2HCl+MgO＝MgCl₂+H₂O

2HCl+CaO＝CaCl₂+H₂O。

在使用TiO₂含量为30％～70％的钛铁矿和浓度为10％～36％的盐酸的情况下，盐酸的体积(单位为mL)与钛铁矿的质量(单位为g)之间的比值为0.5∶1～30∶1。如果盐酸的体积与钛铁矿的质量之比小于0.5∶1，则会导致钛铁矿中的TiO₂无法充分溶出；如果盐酸的体积与钛铁矿的质量之比大于30∶1，则会导致制备得到的含钛溶液的酸度过高，无法用作制备高品质钛白的原料，同时造成盐酸的浪费。

如上所述在保温过程中向混合物加入HCl的目的在于将反应体系的酸度保持在一定水平，使得钛铁矿中的TiO₂不会因为酸度降低而较难溶出，同时抑制液相中的TiOCl₂水解。补充的HCl的量为初始加入的盐酸中HCl量的10％～200％。如果补充的HCl的量少于初始加入的盐酸中HCl量的10％，则无法维持反应体系的酸度，液相中的TiO₂发生水解现象；如果补充的HCl的量多于初始加入的盐酸中HCl量的200％，则会导致制备得到的含钛溶液的酸度过高，无法用作制备高品质钛白的原料，同时造成盐酸的浪费。补充HCl的方式可以选择补充干燥的氯化氢气体，也可以补充浓度为10％～36％的盐酸。可以在保温过程的某段时间补充HCl，也可以在保温过程的整个时间段连续补充HCl。

在50℃～120℃下的保温过程结束之后，可以采用过滤法、离心分离法或重力沉降法等来执行上述固液分离的步骤。制得的含钛溶液经净化处理之后即可作为制备高品质钛白的原料使用。

下面结合具体实施例和对比例来详细描述本发明的制备含钛溶液的方法。

实施例1：

向反应器中加入TiO₂质量百分含量为45％的钛铁矿粉末100g和500mL浓度为36％的盐酸，其中钛铁矿的粒子直径为45μm～200μm。加料完毕后，将钛铁矿粉末和盐酸的混合物加热到90℃，并在此温度下保持2小时，加热和保温的过程中均开启搅拌。在90℃保温过程中向反应体系中连续补充干燥的氯化氢气体，补充的氯化氢气体的量为初始加入盐酸中所含HCl量的120％。保温结束后，关闭搅拌。通过过滤分离出未溶解的残渣，即得到含钛溶液。该含钛溶液的含钛量以TiO₂计算为80g·L^-1，可以作为制备高品质钛白的原料使用。计算钛铁矿中的TiO₂溶出率为90％。

对比例1：

除了在保温过程中不向反应体系中补充氯化氢气体，按照与实施例1相同的方法采用相同的原料制备含钛溶液。该含钛溶液的含钛量以TiO₂计算为60g·L^-1，计算钛铁矿中的TiO₂溶出率为67％。

实施例2：

向反应器中加入TiO₂质量百分含量为45％的钛铁矿粉末100g和700mL浓度为10％的盐酸，其中钛铁矿的粒子直径为45μm～200μm。加料完毕后，将钛铁矿粉末和盐酸的混合物加热到70℃，并在此温度下保持4小时，加热和保温的过程中均开启搅拌。在70℃保温过程中向反应体系中连续补充干燥的氯化氢气体，补充的氯化氢气体的量为初始加入盐酸中所含HCl量的100％。保温结束后，关闭搅拌。通过过滤分离出未溶解的残渣，即得到含钛溶液。该含钛溶液的含钛量以TiO₂计算为60g·L^-1，可以作为制备高品质钛白的原料使用。计算钛铁矿中的TiO₂溶出率为93％。

对比例2：

除了在保温过程中不向反应体系中补充氯化氢气体，按照与实施例2相同的方法采用相同的原料制备含钛溶液。该含钛溶液的含钛量以TiO₂计算为45g·L^-1，计算钛铁矿中的TiO₂溶出率为70％。

实施例3：

向反应器中加入TiO₂质量百分含量为45％的钛铁矿粉末100g和300mL浓度为20％的盐酸，其中钛铁矿的粒子直径为45μm～200μm。加料完毕后，将钛铁矿粉末和盐酸的混合物加热到110℃，并在此温度下保持6小时，加热和保温的过程中均开启搅拌。在110℃保温过程中向反应体系中连续补充浓度为20％的盐酸，盐酸补充量为500mL。保温结束后，关闭搅拌。通过过滤分离出未溶解的残渣，即得到含钛溶液。该含钛溶液的含钛量以TiO₂计算为51g·L^-1，可以作为制备高品质钛白的原料使用。计算钛铁矿中的TiO₂溶出率为91％。

对比例3：

除了在保温过程中不向反应体系中补充盐酸，按照与实施例3相同的方法采用相同的原料制备含钛溶液。该含钛溶液的含钛量以TiO₂计算为60g·L^-1，计算钛铁矿中的TiO₂溶出率为40％。

实施例4：

向反应器中加入TiO₂质量百分含量为45％的钛铁矿粉末100g和500mL浓度为10％的盐酸，其中钛铁矿的粒子直径为45μm～200μm。加料完毕后，将钛铁矿粉末和盐酸的混合物加热到120℃，并在此温度下保持0.5小时，加热和保温的过程中均开启搅拌。在120℃保温过程中向反应体系中连续补充干燥的氯化氢气体，补充的氯化氢气体的量为初始加入盐酸中所含HCl量的80％。保温结束后，关闭搅拌。通过过滤分离出未溶解的残渣，即得到含钛溶液。该含钛溶液的含钛量以TiO₂计算为70g·L^-1，可以作为制备高品质钛白的原料使用。计算钛铁矿中的TiO₂溶出率为78％。

对比例4：

除了在保温过程中不向反应体系中补充氯化氢气体，按照与实施例4相同的方法采用相同的原料制备含钛溶液。该含钛溶液的含钛量以TiO₂计算为30g·L^-1，计算钛铁矿中的TiO₂溶出率为30％。

实施例5：

向反应器中加入TiO₂质量百分含量为45％的钛铁矿粉末100g和500mL浓度为36％的盐酸，其中钛铁矿的粒子直径为45μm～200μm。加料完毕后，将钛铁矿粉末和盐酸的混合物加热到50℃，并在此温度下保持7小时，加热和保温的过程中均开启搅拌。在50℃保温过程中向反应体系中连续补充干燥的氯化氢气体，补充的氯化氢气体的量为初始加入盐酸中所含HCl量的120％。保温结束后，关闭搅拌。通过过滤分离出未溶解的残渣，即得到含钛溶液。该含钛溶液的含钛量以TiO₂计算为70g·L^-1，可以作为制备高品质钛白的原料使用。计算钛铁矿中的TiO₂溶出率为78％。

对比例5：

除了在保温过程中不向反应体系中补充氯化氢气体，按照与实施例5相同的方法采用相同的原料制备含钛溶液。该含钛溶液的含钛量以TiO₂计算为45g·L^-1，计算钛铁矿中的TiO₂溶出率为50％。

Claims (7)

1.一种制备含钛溶液的方法，包括以下步骤：

将钛铁矿粉末和盐酸加入到反应器中，使钛铁矿粉末和盐酸的混合物在常压下在50℃～120℃保持0.5小时～7小时，在使所述混合物在常压下在50℃～120℃保持0.5小时～7小时的过程中向所述混合物补充HCl；

对所述混合物进行固液分离，得到含钛溶液，

其中，盐酸的浓度为10％～36％，钛铁矿粉末的TiO₂质量百分比含量为30％～70％，单位为mL的盐酸的体积数与单位为g的钛铁矿的质量数之间的比值为0.5∶1～30∶1。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在使所述混合物在常压下在50℃～120℃保持0.5小时～7小时的过程中，搅拌所述混合物。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于钛铁矿粉末的粒度范围为10μm～1000μm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于向所述混合物补充HCl的步骤包括：将浓度为10％～36％的盐酸加入所述混合物。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于向所述混合物补充HCl的步骤包括：向所述混合物补入干燥的氯化氢气体。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于补充的HCl的量为加热之前加入反应器的盐酸中HCl量的10％～200％。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于向所述混合物补充HCl的步骤包括：在使所述混合物在常压下在50℃～120℃保持0.5小时～7小时的整个过程中，向所述混合物连续补充HCl。