CN107324302A - 一种钛白废酸制备磷酸钛的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钛白废酸制备磷酸钛的方法,是以钛白废酸和磷酸氢铵盐为反应物制备磷酸钛,所述钛白废酸是硫酸法制备钛白粉中产生的废酸。具体步骤包括:1)将磷酸氢铵盐溶液加入到热的钛白废酸中,搅拌后进行保温反应,得到沉淀物;磷酸氢铵盐的加入量与钛白废酸中二氧化钛的质量比为2.5~5:1;2)对步骤1)的沉淀物进行过滤,并用脱盐水洗涤,烘干得到滤渣;3)对步骤2)得到的滤渣进行煅烧,即得到磷酸钛。本方法可对钛白废酸进行回收利用,节约成本;具有操作简单,产物沉淀速度快,反应收率高的优点,而且制得磷酸钛晶型较好。

Description

一种钛白废酸制备磷酸钛的方法
技术领域
本发明涉及一种钛白废酸制备磷酸钛的方法,属于钛白废酸回收领域。
背景技术
在硫酸法生产钛白的过程中,每生产1t钛白粉将产生8~10t浓度为20%左右的废酸,废酸中除了含有主要成分H2SO4外,还含有较大量的TiO2。现有技术中对废酸的回收一般是浓缩后回收硫酸,其中的TiO2未得到有效利用,经济效益不高。
另一方面,磷酸钛作为一种新型的无机化工产品,具有无毒、遮盖力强、粘结力强、对紫外反射能力强以及耐热阻燃等优点,可以作为颜料、填料应用于涂料、塑料、橡胶和造纸等行业,磷酸钛可以络合半径较大的金属离子,也可以作为水处理剂应用。
自20世纪90年代后,只有十几种磷酸钛的化合物被报道,其中包括一维链状、二维层状和三维微孔结构。经过研究机构及高等院校几十年的研究,目前,纳米级磷酸钛和多孔磷酸钛的合成及性能研究已经取得很多成果, 但仍然存在许多需要解决的问题:(1)虽然目前部分结构磷酸钛的研究已经相对成熟, 但介孔及新型结构磷酸钛的研究还不多;(2)磷酸钛特别是介孔磷酸钛的合成方法还比较单一, 主要有水热法、溶剂热法和溶胶凝胶法;(3)合成磷酸钛的模板剂种类大都是离子型表面活性剂, 新型模板剂的应用比较少。在采用磷酸和二氧化钛为原料制备磷酸钛的方法中,最后得到的反应产物为胶体状,沉降速度慢,最终得到的磷酸钛结晶度较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钛白废酸制备磷酸钛的方法,具体方案为:
一种钛白废酸制备磷酸钛的方法,是以钛白废酸和磷酸氢铵盐为反应物制备磷酸钛,所述钛白废酸是硫酸法制备钛白粉中产生的废酸。
进一步的,所述磷酸氢铵盐为磷酸氢二铵或磷酸二氢铵。
具体的,该制备方法包括以下步骤:
1)将磷酸氢铵盐溶液加入到热的钛白废酸中,搅拌后进行保温反应,得到沉淀物;磷酸氢铵盐的加入量与钛白废酸中二氧化钛的质量比为2.5~5:1;
2)对步骤1)的沉淀物进行过滤,并用脱盐水洗涤,烘干得到滤渣;
3)对步骤2)得到的滤渣进行煅烧,即得到磷酸钛。
进一步的,步骤1)中所述磷酸氢铵盐溶液的浓度为5~15wt%。
进一步的,步骤1)中钛白废酸的温度为85~100℃。
进一步的,步骤1)中磷酸氢铵盐溶液是通过蠕动泵加入到钛白废酸中。
进一步的,步骤3)中的煅烧温度为800~1200℃。
根据上述方法所制得的磷酸钛,化学式为TiO2.xP2O5,其中0.40≤x≤0.50,其晶型结构为层状结构,具有较好的结晶度。
本方法中,在选用磷酸氢二铵为反应物时,磷酸氢二铵与钛白废酸中二氧化钛的质量比为2.5~5:1,主要的反应过程如下:
Ti4++2(NH4)2HPO4→Ti(HPO4)2↓+4NH4 +
其中的Ti(HPO4)2沉淀速度快,可直接进行过滤,制备方法简单方便,而且对钛白废酸中TiO2的回收率可高达90%以上。
对沉淀物用脱盐水进行1~4次洗涤,烘干后再进行煅烧即得到具有层状晶型的磷酸钛。
本发明的优点在于:本发明在用于制备磷酸钛时,可对钛白废酸进行回收利用,节约成本;相对于现有技术中的其他方法,本方法具有操作简单,产物沉淀速度快,反应收率高的优点,而且制得磷酸钛晶型较好。
具体实施方式
实施例 1:
称取一定量钛白废酸加入五口烧瓶中,然后用加热套加热至80℃,用蠕动泵打入质量浓度为5% (NH4)2HPO4溶液,5分钟内打完,钛白废酸中二氧化钛质量与磷酸氢二铵质量比为1:2.5,充分混合搅拌,保温5分钟,稍微冷却后过滤、用200ml脱盐水洗涤1次,然后分析滤液中钛含量,将滤渣放入恒温烘箱105oC下保温2小时;
最后将烘干后的滤渣磨细放入坩埚中煅烧,煅烧温度为800℃,煅烧时间为2小时,即得磷酸钛产品。
该组滤液和滤渣的性能达到如下指标:
经过分析,滤液中钛含量为0.5%,钛的去除率为80%左右,煅烧后的试样用X射线分析得知,大量是磷酸钛,有少量杂质。
实施例 2:
称取一定量钛白废酸加入五口烧瓶中,然后用加热套加热至85℃,用蠕动泵打入质量浓度为10% (NH4)2HPO4溶液,30分钟内打完,钛白废酸中二氧化钛质量与磷酸氢二铵质量比为1:3,充分混合搅拌,保温30分钟,稍微冷却后过滤、用600ml脱盐水洗涤3次,每次200ml,然后分析滤液中钛含量,将滤渣放入恒温烘箱105oC下保温2小时;
最后将烘干后的滤渣磨细放入坩埚中煅烧,煅烧温度为850℃,煅烧时间为2小时,即得磷酸钛产品。
该组滤液和滤渣的性能达到如下指标:
经过分析,滤液中钛含量为0.03%,钛的去除率为95%以上,煅烧后的试样用X射线衍射分析得知,都是磷酸钛的衍射峰,无杂质峰。
实施例 3:
称取一定量钛白废酸加入五口烧瓶中,然后用加热套加热至100℃,用蠕动泵打入质量浓度为12% (NH4)2HPO4溶液,40分钟内打完,钛白废酸中二氧化钛质量与磷酸氢二铵质量比为1:3.5,充分混合搅拌,保温40分钟,稍微冷却后过滤、用800ml脱盐水洗涤4次,每次200ml,然后分析滤液中钛含量,将滤渣放入恒温烘箱105oC下保温2小时;
最后将烘干后的滤渣磨细放入坩埚中煅烧,煅烧温度为1000℃,煅烧时间为2小时,即得磷酸钛产品。
该组滤液和滤渣的性能达到如下指标:
经过分析,滤液中钛含量为0.03%,钛的去除率为95%以上,煅烧后的试样用X射线衍射分析得知,都是磷酸钛的衍射峰,无杂质峰。
实施例 4:
称取一定量钛白废酸加入五口烧瓶中,然后用加热套加热至100℃,用蠕动泵打入质量浓度为15% (NH4)2HPO4溶液,30分钟内打完,钛白废酸中二氧化钛质量与磷酸氢二铵质量比为1:5,充分混合搅拌,保温60分钟,稍微冷却后过滤、用600ml脱盐水洗涤3次,每次200ml,然后分析滤液中钛含量,将滤渣放入恒温烘箱105oC下保温2小时;
最后将烘干后的滤渣磨细放入坩埚中煅烧,煅烧温度为1200℃,煅烧时间为2小时,即得磷酸钛产品。
该组滤液和滤渣的性能达到如下指标:
经过分析,滤液中钛含量为0.03%,钛的去除率为95%以上,煅烧后的试样用X射线衍射分析得知,都是磷酸钛的衍射峰,无杂质峰。
实施例 5:
称取一定量钛白废酸加入五口烧瓶中,然后用加热套加热至100℃,用蠕动泵打入质量浓度为10% NH4H2PO4溶液,30分钟内打完,钛白废酸中二氧化钛质量与磷酸氢二铵质量比为1:3.5,充分混合搅拌30分钟,稍微冷却后过滤、用600ml脱盐水洗涤3次,每次200ml,然后分析滤液中钛含量,将滤渣放入恒温烘箱105oC下保温2小时;
最后将烘干后的滤渣磨细放入坩埚中煅烧,煅烧温度为1105℃,煅烧时间为2小时,即得磷酸钛产品。
该组滤液和滤渣的性能达到如下指标:
经过分析,滤液中钛含量为0.03%,钛的去除率为95%以上,煅烧后的试样用X射线衍射分析得知,都是磷酸钛的衍射峰,无杂质峰。

Claims (8)

1.一种钛白废酸制备磷酸钛的方法,其特征在于:是以钛白废酸和磷酸氢铵盐为反应物制备磷酸钛,所述钛白废酸是硫酸法制备钛白粉中产生的废酸。
2.根据权利要求1所述的钛白废酸制备磷酸钛的方法,其特征在于:所述磷酸氢铵盐为磷酸氢二铵或磷酸二氢铵。
3.根据权利要求1或2所述的钛白废酸制备磷酸钛的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将磷酸氢铵盐溶液加入到热的钛白废酸中,搅拌后进行保温反应,得到沉淀物;磷酸氢铵盐的加入量与钛白废酸中二氧化钛的质量比为2.5~5:1;
2)对步骤1)的沉淀物进行过滤,并用脱盐水洗涤,烘干得到滤渣;
3)对步骤2)得到的滤渣进行煅烧,即得到磷酸钛。
4.根据权利要求3所述的钛白废酸制备磷酸钛的方法,其特征在于:步骤1)中所述磷酸氢铵盐溶液的浓度为5~15wt%。
5.根据权利要求3所述的钛白废酸制备磷酸钛的方法,其特征在于:步骤1)中钛白废酸的温度为85~100℃。
6.根据权利要求3所述的钛白废酸制备磷酸钛的方法,其特征在于:步骤1)中磷酸氢铵盐溶液是通过蠕动泵加入到钛白废酸中。
7.根据权利要求3所述的钛白废酸制备磷酸钛的方法,其特征在于:步骤3)中的煅烧温度为800~1200℃。
8.一种如权利要求3所述的钛白废酸制备磷酸钛的方法所制得的磷酸钛,其特征在于:所述磷酸钛的化学式为TiO2.xP2O5,其中0.40≤x≤0.50。
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