CN106830063A - 湿法磷酸用于硫酸法钛白粉盐处理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种硫酸法钛白粉生产工艺，具体公开了一种湿法磷酸用于硫酸法钛白粉盐处理的方法。本发明通过往水解硫酸氧钛溶液得到的粗偏钛酸浆料中加入湿法磷酸来实现将湿法磷酸作为盐处理过程中的提供磷源的盐处理剂。本发明的优点是：1)实现以低品质的湿法磷酸用于硫酸法钛白粉盐处理，降低硫酸法钛白粉的生产成本；2)拓宽了湿法磷酸的用途。

Description

湿法磷酸用于硫酸法钛白粉盐处理的方法
技术领域
本发明涉及一种钛白粉的生产工艺，尤其是一种硫酸法钛白粉的生产工艺。
背景技术
自1791年发现钛元素到1918年采用硫酸法商业生产钛白粉以来，至今已有80多年的生产和商业使用历史，钛白粉生产工艺主要有硫酸法和氯化法。国内主要工艺为硫酸法，其典型生产工艺流程可概括如下：
(1)用钛精矿或酸溶性钛渣与硫酸进行酸解反应，得到硫酸氧钛溶液；
(2)水解硫酸氧钛溶液得到粗偏钛酸浆料；
(3)对粗偏钛酸浆料进行水洗、盐处理，得预处理偏钛酸；
(4)预处理偏钛酸送入转窑煅烧产出TiO2产品。
其中，对粗偏钛酸浆料进行水洗和盐处理的工艺具体为：
(1)一次水洗：对粗偏钛酸浆料进行固液分离，得到一次滤饼；对一次滤饼进行水洗以去除其中铁离子，得到一洗偏钛酸饼；一洗偏钛酸饼加水打浆，得到一洗偏钛酸浆料；
(2)漂白：往一洗偏钛酸浆料中加入漂白剂进行漂白，并加入煅烧晶种，得到漂白浆料；
(3)二次水洗：对漂白浆料进行固液分离，得到二次滤饼；对二次滤饼进行水洗以进一步去除其中铁离子，得到二洗偏钛酸饼；二洗偏钛酸饼加水打浆，得到二洗偏钛酸浆料；
(4)盐处理：往二洗偏钛酸浆料中加入盐处理剂进行盐处理得到预处理偏钛酸。
偏钛酸在锻烧前加人少量化学添加剂进行改性处理的过程，称为盐处理，所加入的添加剂称为盐处理剂。偏钛酸如不进行盐处理而直接锻烧，得到的产品颗粒往往很硬，色相及其他颜料性能很差，漆用性能低劣。因此，生产颜料钛白粉时，都要根据不同品级的需要，在偏钛酸中加人少量化学品进行改性，然后再在适当的温度下锻烧，使产品具有良好的色相、光泽，较高的消色力、遮盖力，较低的吸油量和合适的晶粒大小、形状以及在漆料介质中的易分散性。常使用的盐处理剂有钾、磷、铝、镁、锌等。为了增强钛白粉的颜料性能，盐处理剂往往使用高纯化学物质，避免引入新的杂质，但是因此带来成本较高，产品竞争力不强，如何安全，低成本进行盐处理显得具有积极意义。
目前，大多钛白粉厂家使用热法磷酸(以黄磷为原料，经氧化，水化等反应而制取的磷酸)作为磷源盐处理剂，其主要特点是纯净，无色，几乎不含杂质，磷酸浓度通常在85％左右，价格约4000元/吨，折计P2O5价格约6000元/吨。生产每吨金红石颜料的盐处理磷酸(折计五氧化二磷)消耗约2kg，即吨产品的磷酸消耗费用12元，成本较高。
用硫酸、硝酸或盐酸分解磷矿制得的磷酸统称为湿法磷酸，而用硫酸分解磷矿制得的磷酸的方法是湿法磷酸生产中最基本的方法。湿法磷酸产品吨P2O5的价格约1500元/吨，具有其他工艺方法无可比拟的优越性。但湿法磷酸品质较低，往往含有铁，铝，镁，钙，硫酸根等杂质，典型的湿法磷酸成分为：P2O5＝246g/l；Al2O3＝；MgO＝13.36g/l；CaO＝3.22g/l；Fe＝6.39g/l；SO4 2-＝60g/l，由于湿法磷酸中杂质含量极高无法直接用于现行硫酸法钛白粉的盐处理工序(直接往二洗偏钛酸浆料中加入湿法磷酸作为磷源盐处理剂会导致产品含大量杂质，无法生产出合格的钛白粉)。如何将低成本的湿法磷酸巧妙的用于硫酸法钛白粉生产中的盐处理工序对于降低钛白粉生产成本，拓宽湿法磷酸利用空间具有重要意义。
发明内容
为将湿法磷酸用于硫酸法钛白粉的盐处理，降低钛白粉生产成本，并拓宽湿法磷酸的用途，本发明提供了一种湿法磷酸用于硫酸法钛白粉盐处理的方法。
本发明所采用的技术方案是：湿法磷酸用于硫酸法钛白粉盐处理的方法，包括以下步骤：
A、往粗偏钛酸浆料中加入计量的湿法磷酸，充分混合，得到混合浆料；
B、一次水洗，得一洗偏钛酸浆料；
C、漂白，得漂白浆料；
D、二次水洗，得二洗偏钛酸浆料；
E、盐处理：往二洗偏钛酸浆料中加入盐处理剂进行盐处理得到预处理偏钛酸。
发明人认为，将湿法磷酸用于盐处理的最大难题在于直接往二洗偏钛酸浆料中加入湿法磷酸作为磷源盐处理剂会导致产品含大量杂质。
发明人在日常生产中发现，通常盐处理清液几乎检测不出磷酸根。从原理上讲，这是由于磷酸根和偏钛酸结合形成极强的化学键因而形成稳定的磷酸钛所致，使得盐处理过程中磷酸根几乎100％被吸附在偏钛酸上。
本发明即是利用磷酸根与偏钛酸形成稳定的磷酸钛的特性，将湿法磷酸加入到粗偏钛酸浆料中(而不是二洗偏钛酸浆料中)，经过充分混合后，磷完全与钛结合形成稳定的化学键。再加上粗偏钛酸浆料中含有大量硫酸(粗偏钛酸浆料的主要成分为：TiO2约160g/l，硫酸质量浓度约20％，硫酸亚铁约168g/l)，使所得混合浆料中的硫酸质量浓度达到25％左右，高酸度导致由湿法磷酸带入的铁，铝，镁，钙等阳离子杂质呈离子状态，不能发生沉淀。这些离子状态的杂质在随着粗偏钛酸浆料进行固液分离和水洗的过程中，便随着滤液和水洗液排出到系统外，而湿法磷酸带入的磷却被很好的保留在固态滤饼中。基于这一原理，发明人设计了以上方法来将湿法磷酸用于钛白粉盐处理。
本发明步骤E中所述的盐处理剂是除了磷源盐处理剂以外的，根据产品要求应当加入的其他盐处理剂，例如钾源盐处理剂(氢氧化钾)，铝源盐处理剂(硫酸铝)，锌源盐处理剂等。当然，在湿法磷酸加入量不足以满足产品生产工艺要求时，也可在该步骤中补加磷源盐处理剂。
作为本发明的进一步改进，步骤C漂白过程中，所加入的试剂为：浓硫酸、三价钛试剂和煅烧晶种。浓硫酸和三价钛试剂作为漂白剂具有很好的漂白效果且不会向系统中引入其他杂质，煅烧晶种是一种金红石转化促进剂，是为了煅烧降低煅烧温度和强度使用。更佳的，所得漂白浆料中H2SO4≥40g/l，Ti3+≥0.1g/l，煅烧晶种≥1.5％(质量百分比)。
作为本发明的进一步改进，步骤B所得一洗偏钛酸浆料干基中Fe/TiO2≤3000ppm，即总的铁含量占总的钛(以二氧化钛计)含量小于3000ppm，步骤D所得二洗偏钛酸浆料干基中Fe/TiO2≤30ppm。
本发明的有益效果是：1)实现以低品质的湿法磷酸用于硫酸法钛白粉盐处理，降低硫酸法钛白粉的生产成本；2)拓宽了湿法磷酸的用途。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
说明：以下实施例和对比例中物质的百分比含量含量未经特别说明均指质量百分比。
实施例一：
1、取由水解硫酸氧钛溶液得到的粗偏钛酸浆料1000ml(其中TiO2＝160g/l)，边搅拌边往其中加入1.6ml湿法磷酸(其中P2O5＝200g/l)，混合均匀后对混合浆料进行固液分离，得到一次滤饼；
2、用水洗涤一次滤饼，以去除其中铁离子，洗涤后测得滤饼干基中Fe/TiO2＝2428ppm，得到一洗偏钛酸饼；
3、一洗偏钛酸饼加水打浆至TiO2＝300g/l，然后往浆料中加入98酸、三价钛，并加入煅烧晶种，调节混合浆料中H2SO4＝40g/l，Ti3+＝0.1g/l，煅烧晶种＝2.5％，然后在60℃条件下恒温60min，然后对漂白浆料进行固液分离，得到二次滤饼；
4、用水洗涤二次滤饼，以去除其中铁离子，洗涤后测得滤饼干基中Fe/TiO2＝13ppm，得到二洗偏钛酸饼；
5、二洗偏钛酸饼加水打浆后往浆料中加入盐处理剂氢氧化钾，硫酸铝，调整浆料中K2O/TiO2＝0.26％，Al2O3/TiO2＝0.26％，并测得P2O5/TiO2＝0.20％，浆料烘干，得到预处理偏钛酸产品，对预处理偏钛酸产品进行主要元素检测分析，检测结果见表一。
实施例二：
1、取由水解硫酸氧钛溶液得到的粗偏钛酸浆料1000ml(其中TiO2＝160g/l)，边搅拌边往其中加入2.0ml湿法磷酸(其中P2O5＝200g/l)，混合均匀后对混合浆料进行固液分离，得到一次滤饼；
2、用水洗涤一次滤饼，以去除其中铁离子，洗涤后测得滤饼干基中Fe/TiO2＝2943ppm，得到一洗偏钛酸饼；
3、一洗偏钛酸饼加水打浆至TiO2＝346g/l，然后往浆料中加入98酸、三价钛，并加入煅烧晶种，调节混合浆料中H2SO4＝42g/l，Ti3+＝0.24g/l，煅烧晶种＝1.5％，然后在60℃条件下恒温60min，然后对漂白浆料进行固液分离，得到二次滤饼；
4、用水洗涤二次滤饼，以去除其中铁离子，洗涤后测得滤饼干基中Fe/TiO2＝30ppm，得到二洗偏钛酸饼；
5、二洗偏钛酸饼加水打浆后往浆料中加入盐处理剂氢氧化钾，硫酸铝，调整浆料中K2O/TiO2＝0.24％，Al2O3/TiO2＝0.27％，并测得P2O5/TiO2＝0.22％，浆料烘干，得到预处理偏钛酸产品，对预处理偏钛酸产品进行主要元素检测分析，检测结果见表一。
对比例三：(本对比例用于和实施例一对比)
1、取由水解硫酸氧钛溶液得到的粗偏钛酸浆料1000ml(其中TiO2＝160g/l)，固液分离，得到一次滤饼；
2、用水洗涤一次滤饼，以去除其中铁离子，洗涤后测得滤饼干基中Fe/TiO2＝2414ppm，得到一洗偏钛酸饼；
3、一洗偏钛酸饼加水打浆至TiO2＝300g/l，然后往浆料中加入98酸、三价钛，并加入煅烧晶种，调节混合浆料中H2SO4＝40g/l，Ti3+＝0.1g/l，煅烧晶种＝2.5％，然后在60℃条件下恒温60min，然后对漂白浆料进行固液分离，得到二次滤饼；
4、用水洗涤二次滤饼，以去除其中铁离子，洗涤后测得滤饼干基中Fe/TiO2＝13ppm，得到二洗偏钛酸饼；
5、二洗偏钛酸饼加水打浆后往浆料中加入盐处理剂磷酸(分析纯)，氢氧化钾，硫酸铝，调整浆料中P2O5/TiO2＝0.20％，K2O/TiO2＝0.26％，Al2O3/TiO2＝0.26％，浆料烘干，得到预处理偏钛酸产品，对预处理偏钛酸产品进行主要元素检测分析，检测结果见表一。
表一：各实施例预处理偏钛酸检测结果表

Claims (4)

1.湿法磷酸用于硫酸法钛白粉盐处理的方法，包括以下步骤：
A、往粗偏钛酸浆料中加入计量的湿法磷酸，充分混合，得到混合浆料；
B、一次水洗，得一洗偏钛酸浆料；
C、漂白，得漂白浆料；
D、二次水洗，得二洗偏钛酸浆料；
E、盐处理：往二洗偏钛酸浆料中加入盐处理剂进行盐处理得到预处理偏钛酸。
2.根据权利要求1所述的盐处理的方法，其特征在于：步骤C漂白过程中，所加入的试剂为：浓硫酸、三价钛试剂和煅烧晶种。
3.根据权利要求2所述的盐处理的方法，其特征在于：所得漂白浆料中H2SO4≥40g/l，Ti3+≥0.1g/l，煅烧晶种≥1.5％(质量百分比)。
4.根据权利要求1～3中任一权利要求所述的盐处理的方法，其特征在于：步骤B所得一洗偏钛酸浆料干基中Fe/TiO2≤3000ppm，步骤D所得二洗偏钛酸浆料干基中Fe/TiO2≤30ppm。
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