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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