CN102001704A - 一种采用含钛溶液制备高品质钛白的方法 - Google Patents

一种采用含钛溶液制备高品质钛白的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用含钛溶液制备高品质钛白的方法，该方法包括以下步骤：向含钛溶液中加入钾盐、锌盐和铝盐，将含钛溶液雾化；将雾化后的含钛溶液液滴通入反应器中；向反应器中通入热空气，使含钛溶液在150～350℃水解，生成固相水合二氧化钛；在300～1000℃下进行煅烧水合二氧化钛，煅烧1～5h，即得高品质钛白粉。本发明采用连续的喷雾水解代替传统的间歇式液相水解，反应速率快，产能高，可以有效避免传统硫酸法钛白生产过程中遇到的难题，提高产品质量，避免对环境的破坏，同时还能降低钛白的生产成本。

Description

一种采用含钛溶液制备高品质钛白的方法
技术领域
本发明涉及钛白的生产工艺，特别涉及一种采用含钛溶液制备高品质钛白的方法。
背景技术
目前，高品质原料级钛白的生产方法主要有两种：氯化法和硫酸法。
氯化法钛白生产工艺对原料的要求很高，不能直接采用钛铁矿进行生产。对于钙镁含量较高的钒钛磁铁矿来说，也难以通过冶炼等传统的原料升级方法，将其转化为适合氯化法钛白生产工艺使用的钛原料。同时，氯化法钛白生产工艺对设备的要求极高，其中氯化炉和氧化反应器等关键设备的技术秘密长期由国外数家钛白生产企业掌握。因此，尽管氯化法钛白生产得到的产品质量较高，但目前在国内尚无大规模推广的可能。
硫酸法钛白生产过程中会产生硫酸亚铁晶体和废酸，目前尚无有效的回收利用方式，且处理成本较高，环保问题无法得到彻底解决，产品质量较低，属于国家限制发展的产业。尤其在硫酸法钛白生产工艺中，通过硫酸氧钛溶液的液相水解制备偏钛酸，其操作方式主要为间歇操作，水解过程中影响因素较多，导致产品质量难以控制，不同水解批次得到的偏钛酸质量不稳定。且水解得到的偏钛酸需要用大量水进行洗涤，并产生大量无法有效回收利用的废酸。一方面降低了硫酸法钛白生产的环境友好度，同时还增加了硫酸法的钛白生产成本。
为了克服硫酸法钛白生产过程中存在的上述弊端，同时采用价格较为低廉的普通钛铁矿作为原料进行钛白生产，必须改变目前硫酸法钛白所采用的水解方法，采用一种全新的含钛溶液向偏钛酸的转化方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用含钛溶液通过喷雾水解制备高品质钛白的方法，此种方法为连续性操作、易于控制、同时产品质量较高。
本发明采用如下技术方案：一种采用含钛溶液制备高品质钛白的方法，其特征在于包括以下步骤：
向易挥发酸性含钛溶液中加入钾盐、锌盐和铝盐，将易挥发酸性含钛溶液雾化；将雾化后的含钛溶液液滴通入反应器中；向反应器中通入热空气，使含钛溶液在150～350℃水解，生成固相水合二氧化钛；在300～1000℃下进行煅烧水合二氧化钛，煅烧1～5h，即得高品质钛白粉。
根据本发明所述的采用含钛溶液制备高品质钛白的方法，其中，所述钾盐以K2O计加入量为溶液中TiO2含量的0.2％～2％，锌盐以ZnO计加入量为溶液中TiO2含量的0.2％～2％，铝盐以Al2O3计加入量为溶液中TiO2含量的0.2％～2％。
根据本发明所述的采用含钛溶液制备高品质钛白的方法，其中，所述含钛溶液是通过易挥发酸溶解钛铁矿制备的。
根据本发明所述的采用含钛溶液制备高品质钛白的方法，其中，所述含钛溶液是四氯化钛和水反应制得。
根据本发明所述的采用含钛溶液制备高品质钛白的方法，其中，所述易挥发性酸可以为硝酸或盐酸。
根据本发明所述的采用含钛溶液制备高品质钛白的方法，其中，所述含钛溶液中TiO2含量为10g.L-1～500g.L-1。
根据本发明所述的采用含钛溶液制备高品质钛白的方法，其中，所述含钛溶液雾化后的颗粒直径为0.2～50μm。
根据本发明所述的采用含钛溶液制备高品质钛白的方法，其中，所述含钛溶液进料量和热空气量的体积比为1∶1～1∶100。
根据本发明所述的采用含钛溶液制备高品质钛白的方法，其中，所述雾化喷头可为压力式喷头、超声雾化喷头、旋转式雾化喷头、或气流式喷头中的任意一种。
本发明采用含钛溶液通过喷头连续喷雾水解代替传统的间歇式液相水解的方法，使含钛溶液被雾化为粒度均匀的液滴，水解后可以得到粒径分布较窄的偏钛酸，提高了最终产品的质量。本发明反应速率快，产能高，避免了对环境的破坏，降低了钛白生产的成本。
具体实施方式
为达到发明目的，本发明采用以下具体实施方案：
采用含钛溶液制备高品质钛白，所述方法包括如下步骤：
向含钛溶液中加入钾盐、锌盐和铝盐，将含钛溶液雾化；含钛溶液可以通过纯净的四氯化钛和水反应制备，将四氯化钛均匀缓慢地加入水中，不断搅拌，反应完毕后冷却即可，反应方程式为TiCl4+H2O＝TiOCl2+2HCl)。也可以采用加入硝酸或盐酸等易挥发性酸溶解钛铁矿后，通过萃取或者其它除杂方法，去除其中含有的铁、钙、镁、铝等杂质离子后制得。采用经过除杂处理的纯度较高的含钛溶液作为原料，可以避免金属杂质离子在水解过程中进入偏钛酸晶格中，造成晶格扭曲，并影响产品质量。溶液中TiO2的含量应该控制在10g.L-1～500g.L-1范围内，其中的Fe含量应该低于50ppm。向溶液中加入钾盐、锌盐和铝盐是为了提高钛白产品的品质，其中钾盐加量为溶液中TiO2含量的0.2％～2％(以K2O计)，锌盐加量为溶液中TiO2含量的0.2％～2％(以ZnO计)，铝盐加量为溶液中TiO2含量的0.2％～2％(以Al2O3计)。
将雾化后的含钛溶液液滴通入反应器中；向反应器中通入热空气，使含钛溶液在150～350℃水解，生成固相水合二氧化钛。采用雾化喷头将经过盐处理的含钛溶液雾化为小液滴。雾化喷头可以为压力式喷头、超声雾化式喷头、旋转式雾化喷头、或气流式喷头中的一种。经过雾化后的液滴进入到反应器中，在反应器中和热空气发生接触。含钛溶液进料量和热空气量之间的比值为1∶1～1∶100(体积比)，热空气的温度为150～350℃。在热空气的加热作用下，液滴中的酸性气体和水分逐渐蒸发，液滴的酸度逐渐降低。液滴中的钛离子发生水解反应，生成水合二氧化钛(TiO2.H2O，偏钛酸)，坠入到反应器的底部。同时反应过程中生成的酸性气体从顶部离开反应器，可以通过较为成熟酸再生技术加以回收利用。
在300～1000℃下进行煅烧水合二氧化钛，煅烧1～5h，即得高品质钛白粉。
以下结合实施例对本发明作进一步的阐述。实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。
实施例1
利用盐酸溶解钛铁矿，采用萃取除杂的方法，去除其中的铁、钙、镁、铝等杂质元素后，得到纯净的含钛溶液作为原料使用。溶液中TiO2含量为10g.L-1，铁含量为ppm。向钛液中加入钾盐、锌盐和铝盐，其中加入钾盐的量为溶液中TiO2含量的0.2％(以K2O计)，加入锌盐的量为溶液中TiO2含量的0.2％(以ZnO计)，加入铝盐的量为溶液中TiO2含量的0.2％(以Al2O3计)。控制含钛溶液的流量为1L.h-1，并采用气流式喷头将其雾化成直径为0.2μm的液滴。通入热空气，雾化后的钛液和热空气的体积比为1∶100，并使其和热空气发生接触，热空气的温度为150℃，热空气流量为50m3.h-1。在热空气的作用下，液滴中的水和游离酸逐渐挥发，液滴酸度降低并发生水解反应，生成水合二氧化钛(TiO2.H2O，偏钛酸)固体，坠入反应器底部。收集生成的偏钛酸固体，在300℃下煅烧1h即得到钛白产品。制备得到的产品亮度为94.7，消色力1710，金红石含量99％，为优质的颜料级钛白产品。
实施例2
利用硝酸溶解钛铁矿，采用萃取除杂的方法，去除其中的铁、钙、镁、铝等杂质元素后，得到纯净的含钛溶液作为原料使用。溶液中TiO2含量为150g.L-1，铁含量为20ppm。向钛液中加入钾盐、锌盐和铝盐。其中钾盐加量为溶液中TiO2含量的0.55％(以K2O计)，锌盐加量为溶液中TiO2含量的0.2％(以ZnO计)，铝盐加量为溶液中TiO2含量的0.2％(以Al2O3计)。控制含钛溶液的流量为1.5L.h-1，并采用压力式喷头将其雾化成直径为5μm的液滴。通入热空气，雾化后的钛液和热空气的体积比为1∶20，并使其和热空气发生接触，热空气的温度为250℃，热空气流量为100m3.h-1。在热空气的作用下，液滴中的水和游离酸逐渐挥发，液滴酸度降低并发生水解反应，生成水合二氧化钛(TiO2.H2O，偏钛酸)固体，坠入反应器底部。收集生成的偏钛酸固体，在800℃下煅烧2h即得到钛白产品。制备得到的产品亮度为94.1，消色力1690，金红石含量99％，为优质的颜料级钛白产品。
实施例3
利用四氯化钛和水反应制备得到的含钛溶液作为原料(加入量多少)。溶液中TiO2含量为250g.L-1，铁含量为30ppm。控制含钛溶液的流量为2L.h-1，并采用超声雾化喷头将其雾化成直径为10μm的液滴。通入热空气，雾化后的钛液和热空气的体积比为1∶50，并使其和热空气发生接触，热空气的温度为250℃，热空气流量为200m3.h-1。在热空气的作用下，液滴中的水和游离酸逐渐挥发，液滴酸度降低并发生水解反应，生成水合二氧化钛(TiO2.H2O，偏钛酸)固体，坠入反应器底部。收集生成的偏钛酸固体，向其中加入钾盐、锌盐和铝盐。其中钾盐加量为溶液中TiO2含量的0.8％(以K2O计)，锌盐加量为溶液中TiO2含量的0.3％(以ZnO计)，铝盐加量为溶液中TiO2含量的0.25％(以Al2O3计)。在900℃下煅烧2h即得到钛白产品。制备得到的产品亮度为94.2，消色力1750，金红石含量99％，为优质的颜料级钛白产品。
实施例4
利用盐酸溶解钛铁矿，采用萃取除杂的方法，去除其中的铁、钙、镁、铝等杂质元素后，得到纯净的含钛溶液作为原料使用。溶液中TiO2含量为100g.L-1，铁含量为30ppm。向钛液中加入钾盐、锌盐和铝盐，其中加入钾盐的量为溶液中TiO2含量的1.5％(以K2O计)，加入锌盐的量为溶液中TiO2含量的1.2％(以ZnO计)，加入铝盐的量为溶液中TiO2含量的1.3％(以Al2O3计)。控制含钛溶液的流量为1L.h-1，并采用旋转式雾化喷头将其雾化成直径为20μm的液滴。通入热空气，雾化后的钛液和热空气的体积比为1∶80，并使其和热空气发生接触，热空气的温度为250℃，热空气流量为50m3.h-1。在热空气的作用下，液滴中的水和游离酸逐渐挥发，液滴酸度降低并发生水解反应，生成水合二氧化钛(TiO2.H2O，偏钛酸)固体，坠入反应器底部。收集生成的偏钛酸固体，在900℃下煅烧2h即得到钛白产品。制备得到的产品亮度为94.6，消色力1714，金红石含量99％，为优质的颜料级钛白产品。
实施例5
利用盐酸溶解钛铁矿，采用萃取除杂的方法，去除其中的铁、钙、镁、铝等杂质元素后，得到纯净的含钛溶液作为原料使用。溶液中TiO2含量为500g.L-1，铁含量为30ppm。向钛液中加入钾盐、锌盐和铝盐，其中加入钾盐的量为溶液中TiO2含量的2％(以K2O计)，加入锌盐的量为溶液中TiO2含量的2％(以ZnO计)，加入铝盐的量为溶液中TiO2含量的2％(以Al2O3计)。控制含钛溶液的流量为1L.h-1，并采用旋转式雾化喷头将其雾化成直径为50μm的液滴。通入热空气，雾化后的钛液和热空气的体积比为1∶1，并使其和热空气发生接触，热空气的温度为350℃，热空气流量为50m3.h-1。在热空气的作用下，液滴中的水和游离酸逐渐挥发，液滴酸度降低并发生水解反应，生成水合二氧化钛(TiO2.H2O，偏钛酸)固体，坠入反应器底部。收集生成的偏钛酸固体，在1000℃下煅烧2h即得到钛白产品。制备得到的产品亮度为94.5，消色力1650，金红石含量99％，为优质的颜料级钛白产品。
实施例6
利用硝酸溶解钛铁矿，采用萃取除杂的方法，去除其中的铁、钙、镁、铝等杂质元素后，得到纯净的含钛溶液作为原料使用。溶液中TiO2含量为350g.L-1，铁含量为20ppm。向钛液中加入钾盐、锌盐和铝盐。其中钾盐加量为溶液中TiO2含量的0.9％(以K2O计)，锌盐加量为溶液中TiO2含量的0.5％(以ZnO计)，铝盐加量为溶液中TiO2含量的0.8％(以Al2O3计)。控制含钛溶液的流量为1.5L.h-1，并采用压力式喷头将其雾化成直径为5μm的液滴。通入热空气，雾化后的钛液和热空气的体积比为1∶25，并使其和热空气发生接触，热空气的温度为250℃，热空气流量为100m3.h-1。在热空气的作用下，液滴中的水和游离酸逐渐挥发，液滴酸度降低并发生水解反应，生成水合二氧化钛(TiO2.H2O，偏钛酸)固体，坠入反应器底部。收集生成的偏钛酸固体，在800℃下煅烧2h即得到钛白产品。制备得到的产品亮度为94.3，消色力1680，金红石含量99％，为优质的颜料级钛白产品。
采用连续的喷雾水解代替传统的间歇式液相水解，反应速率快，产能高。含钛溶液通过喷头被雾化为粒度均匀的液滴，水解后可以得到粒径分布较窄的偏钛酸，能够大大提高最终产品的质量。水解过程中生成的酸雾可以从喷雾干燥器的顶部进行回收，在节约了资源的同时，还能避免传统硫酸法钛白生产过程中产生的废酸对环境的影响。同时，由于钛液被分散为粒径较小的液滴后，和热空气的接触面积增大，传热传质效果大大提升，能够节省资源。采用本发明提供的方法可以有效避免传统硫酸法钛白生产过程中遇到的难题，提高产品质量，避免对环境的破坏，同时还能降低钛白的生产成本。
本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变形和修改。

Claims (8)

1.一种采用含钛溶液制备高品质钛白的方法，其特征在于包括以下步骤：
向含钛溶液中加入钾盐、锌盐和铝盐，将含钛溶液雾化；
将雾化后的含钛溶液液滴通入反应器中；
向反应器中通入热空气，使含钛溶液在150～350℃水解，生成固相水合二氧化钛；
在300～1000℃下进行煅烧水合二氧化钛，煅烧1～5h，即得高品质钛白粉；
其中，所述钾盐以K2O计加入量为溶液中TiO2含量的0.2％～2％，锌盐以ZnO计加入量为溶液中TiO2含量的0.2％～2％，铝盐以Al2O3计加入量为溶液中TiO2含量的0.2％～2％。
2.根据权利要求1所述的采用含钛溶液制备高品质钛白的方法，其特征在于所述含钛溶液是通过易挥发酸溶解钛铁矿制备的。
3.根据权利要求1所述的采用含钛溶液制备高品质钛白的方法，其特征在于所述含钛溶液是四氯化钛和水反应制得。
4.根据权利要求1或2所述的采用含钛溶液制备高品质钛白的方法，其特征在于所述易挥发性酸可以为硝酸或盐酸。
5.根据权利要求1所述的采用含钛溶液制备高品质钛白的方法，其特征在于所述含钛溶液中TiO2含量为10g.L-1～500g.L-1。
6.根据权利要求1所述的采用含钛溶液制备高品质钛白的方法，其特征在于所述含钛溶液雾化后的颗粒直径为0.2～50μm。
7.根据权利要求1所述的采用含钛溶液制备高品质钛白的方法，其特征在于所述含钛溶液进料量和热空气量的体积比为1∶1～1∶100。
8.根据权利要求1所述的采用含钛溶液制备高品质钛白的方法，其特征在于所述雾化喷头可为压力式喷头、超声雾化喷头、旋转式雾化喷头、或气流式喷头中的任意一种。
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