CN103708538A

CN103708538A - 一种三价钛溶液的制备方法

Info

Publication number: CN103708538A
Application number: CN201310711354.2A
Authority: CN
Inventors: 罗志强; 黄北卫; 苏公昌; 陈新红; 吴健春; 任亚平; 杜剑桥; 王显云; 蒋贤均
Original assignee: PANZHIHUA DONGFANG TITANIUM Co Ltd; Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: PANZHIHUA DONGFANG TITANIUM Co Ltd; Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: CN103708538B

Abstract

本发明提供一种三价钛溶液的制备方法，包括以下步骤：a）将硫酸与钛液混合，得到第一混合钛液，所述钛液为硫酸氧钛、硫酸与硫酸钛的混合溶液；b）将所述第一混合钛液与水混合，得到第二混合钛液；c）将所述第二混合钛液加热后与还原剂混合，反应后得到三价钛溶液。本申请制备三价钛溶液的原料钛液为硫酸氧钛、硫酸与硫酸钛的混合溶液，原料成本较低，并且制备过程无需在高温环境下进行，在降低成本的同时保证了四价钛的还原率。

Description

一种三价钛溶液的制备方法

技术领域

本发明涉及钛白粉生产技术领域，尤其涉及一种三价钛溶液的制备方法。

背景技术

钛白粉是主要成分为二氧化钛的白色颜料，其作为一种白色颜料，白度为重要指标之一。在硫酸法钛白粉生产的主要步骤包括：二氧化钛原料采用硫酸酸解，得到硫酸氧钛；将可溶性硫酸氧钛从固体杂质中分离出来；水解硫酸氧钛以形成不溶水解产物偏钛酸；煅烧除去水分，生成干燥的纯二氧化钛。在上述过程中，水洗、漂白、漂洗是净化偏钛酸的主要工艺，一般要求漂洗后的偏钛酸中铁含量为40ppm以下，以保证煅烧出的钛白粉较高的白度。

在水洗、漂白、漂洗三个过程中，水洗和漂洗是通过洗涤的方式将偏钛酸中的低价铁去除，漂白过程则是还原剂将偏钛酸中高价铁还原成低价铁，低价铁在随后的漂洗过程中通过水洗去除。漂白方式有锌粉漂白、铝粉漂白以及三价钛漂白三种，目前工业生产中一般采用三价钛漂白。因此，三价钛的制备为硫酸法钛白工艺中重要过程之一。

工业生产三价钛常用的制备方法是以一洗或二洗偏钛酸为原料，经过酸溶、稀释、还原等过程得到三价钛溶液，此种工艺缺点在于：采用成本较高的偏钛酸为原料，在酸溶时需要较多的硫酸以及较高的温度，一般的酸溶温度为130～140℃，需要较多的蒸汽。整个工艺物耗成本和能耗成本较高。因此，为了降低三价钛的生产成本，研究者采用不同的方法制备三价钛。

例如：公开号为CN102616836A的中国专利公开了一种以碱溶洗涤液经浓缩的稠浆为原料制备三价钛溶液的方法。但是该方法制备三价钛溶液的原料实际上是偏钛酸，需要加入较多酸和较高的温度将偏钛酸酸溶，成本也较高。

发明内容

本发明解决的技术问题在于生产成本较低的三价钛溶液的制备方法。

有鉴于此，本申请提供了一种三价钛溶液的制备方法，包括以下步骤：

a）将硫酸与钛液混合，得到第一混合钛液，所述钛液为硫酸氧钛、硫酸与硫酸钛的混合溶液；

b）将所述第一混合钛液与水混合，得到第二混合钛液；

c）将所述第二混合钛液加热后与还原剂混合，反应后得到三价钛溶液。

优选的，以二氧化钛计，所述钛液的浓度为150g/L～170g/L，所述钛液的酸钛比为1.7～1.9。

优选的，所述硫酸的浓度为98wt%，所述第一混合钛液的酸钛比为3.5～5.5。

优选的，以二氧化钛计，所述第二混合钛液中的浓度为70～90g/L。

优选的，所述加热的温度为75～85℃。

优选的，步骤c）中所述还原剂为铁粉或铝粉。

优选的，所述还原剂与第二混合钛液中二氧化钛的质量比为（0.14～0.16）：1。

优选的，所述反应的时间1.5～2.5h。

本发明提供了一种三价钛溶液的制备方法，在制备三价钛溶液的过程中，本申请以硫酸法钛白法的过程产物钛液为原料，首先采用硫酸调整钛液的酸钛比，然后再添加水调整钛液中二氧化钛的浓度，通过两次调整钛液的酸钛比，来保证三价钛的还原率，最后加入还原剂将钛液中的四价钛还原成三价钛，从而得到三价钛溶液。本申请制备三价钛溶液的原料钛液为硫酸氧钛、硫酸与硫酸钛的混合溶液，原料成本较低，并且制备过程无需在高温环境下进行，在降低成本的同时保证了四价钛的还原率。实验结果表明，本申请制备的三价钛溶液的还原率大于95%。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例公开了一种三价钛溶液的制备方法，包括以下步骤：

a）将硫酸与钛液混合，得到第一混合钛液，所述钛液为硫酸氧钛、硫酸钛与硫酸的混合溶液；

b）将所述第一混合钛液与水混合，得到第二混合钛液；

按照本发明，为了保证钛液中四价钛的还原率，本发明步骤a）首先将硫酸与钛液混合，采用硫酸调整了钛液的酸钛比，得到了第一混合钛液。本发明所采用的原料钛液为结晶分离硫酸亚铁后的钛液，其为硫酸氧钛、硫酸与硫酸钛的混合溶液，本发明采用的原料钛液为硫酸法钛白制备流程中的过程产物。所述钛液的酸钛比是指钛液中硫酸氧钛、硫酸与硫酸钛三种成分的硫酸根以硫酸计，四价钛以二氧化钛计，则所述酸钛比为硫酸与二氧化钛的质量比，换言之也就是硫酸法太白生产过程中钛液F值的概念，F值就是有效酸与钛的比值。因此本申请中所述钛液中的钛均以二氧化钛计，酸均以硫酸计。以二氧化钛计，步骤a）中原料钛液的浓度优选为150g/L～170g/L，酸钛比优选为1.7～1.9，更优选为1.75～1.85。

本发明是将钛液中四价钛还原为三价钛的过程，在还原过程中需要加入金属还原剂，而还原剂的还原反应需要在酸性环境下进行，还原过程要消耗酸，提高酸钛比能够保证三价钛的还原率。因此本发明首先采用硫酸调整原料钛液的酸钛比，若酸钛比太低，会造成还原剂反应不完全，反应后产生稠浆。本申请采用硫酸调节钛液的酸钛比，得到第一混合钛液，所述第一混合钛液的酸钛比优选为3.5～5.5，更优选为4.0～5.0。

在将钛液的酸钛比采用硫酸调整后，调整了硫酸的浓度，则同样需要调整钛液中二氧化钛的浓度，因此本申请步骤b）通过加入水调整所述第一混合钛液的二氧化钛浓度。按照本发明，加入水后钛液中二氧化钛的浓度优选为70g/L～90g/L。为了避免在制备三价钛溶液的过程中引入杂质，所述水优选为脱盐水。

按照本发明，将所述第二混合钛液进行加热，以促进钛液中四价钛的还原。所述加热的温度优选为75～85℃。最后在加热后的钛液中加入还原剂，使钛液中的四价钛发生还原反应得到三价钛。所述还原剂优选为铁粉或铝粉，更优选为纯度为99.0%～99.9%的铝粉。为了保证钛液中的四价钛的还原率，所述还原剂的加入质量优选为加热后钛液中二氧化钛的0.14～0.16倍。所述还原剂的加入时间优选为20min～40min。所述反应的时间优选为1.5h～2.5h。

本发明制备将钛液中的四价钛还原成三价钛的过程的反应式如下所示：

3H₂SO₄+2Al=Al₂（SO₄）₃+6[H]；

TiOSO₄+Ti（SO₄）₂+2[H]=Ti₂（SO₄）₃+2H₂O。

本申请提供了三价钛溶液的制备方法，本发明利用成本较低的含有硫酸氧钛、硫酸与硫酸钛的钛液为原料，通过加入硫酸调整钛液的钛酸比，加入水调整钛液的浓度，最后加入还原剂将体系中的四价钛还原成三价钛。通过本发明制备三价钛溶液的方法，四价钛的还原率大于95%，与现有工业生产采用偏钛酸为原料制备的三价钛溶液的指标相当。另外，采用本发明制备的三价钛溶液对偏钛酸进行漂白、漂洗后，偏钛酸中铁含量小于40ppm。本发明提供的方法成本较低、步骤简单；不但制备出了合格的三价钛溶液，满足钛白生产的需要，而且节省了钛白生产成本，是发展低成本钛白产业的必然选择，具有广阔的应用前景。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的三价钛溶液的制备进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

量取500mL经过滤后的结晶分离的钛液，钛液浓度为160g/L（以TiO₂计），酸钛比（F值）为1.85。按体系中酸钛比为4.5计算，将118mL98wt%的浓硫酸加入体系中，搅拌10min后，加入323mL脱盐水使体系TiO₂浓度为85g/L；然后将体系升温至85℃，20min加入体系总TiO₂的0.14倍，即11.2g纯度为99.9%的铝粉，在85℃下，保持体系还原时间为2.0h，使体系中四价钛还原成三价钛。还原结束后，将三价钛溶液冷却至常温，检测其浓度和还原率，三价钛溶液的浓度为83g/L（以TiO₂计），还原率为98.2%。

实施例2

量取500mL未经过滤后的结晶分离的钛液，钛液浓度为170g/L（以TiO₂计），酸钛比（F值）为1.78。按体系中酸钛比为5.0计算，将152mL98wt%的浓硫酸加入体系中，搅拌10min后，加入411mL脱盐水使体系TiO₂浓度为80g/L；然后将体系升温至75℃，30min加入体系总TiO₂的0.155倍，即13.2g纯度为99.5%的铝粉，在75℃下，保持体系还原时间为2.5h，使体系中四价钛还原成三价钛。还原结束后，将三价钛溶液冷却至常温，检测其浓度和还原率，三价钛溶液的浓度为81g/L（以TiO₂计），还原率为99.1%。

实施例3

量取500mL未经过滤后的结晶分离的钛液，钛液浓度为154g/L（以TiO₂计），酸钛比（F值）为1.82。按体系中酸钛比为5.5计算，将157mL98wt%的浓硫酸加入体系中，搅拌10min后，加入199mL脱盐水使体系TiO₂浓度为90g/L；然后将体系升温至80℃，30min加入体系总TiO₂的0.152倍，即11.8g纯度为99.0%的铝粉，在80℃下，保持体系还原时间为1.5h，使体系中四价钛还原成三价钛。还原结束后，将三价钛溶液冷却至常温，检测其浓度和还原率，三价钛溶液浓度为87g/L（以TiO₂计），还原率为97.7%。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种三价钛溶液的制备方法，包括以下步骤：

b）将所述第一混合钛液与水混合，得到第二混合钛液；

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以二氧化钛计，所述钛液的浓度为150g/L～170g/L，所述钛液的酸钛比为1.7～1.9。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，硫酸与钛液混合的过程中，所述硫酸的浓度为98wt%；所述第一混合钛液的酸钛比为3.5～5.5。

4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，以二氧化钛计，所述第二混合钛液中的浓度为70～90g/L。

5.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为75～85℃。

6.根据权利要求1～5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤c）中所述还原剂为铁粉或铝粉。

7.根据权利要求1～6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述还原剂与第二混合钛液中二氧化钛的质量比为（0.14～0.16）：1。

8.根据权利要求1～7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述反应的时间1.5～2.5h。