CN107746082B - 钛白粉副产物硫酸亚铁中钛的快速去除方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钛白粉副产物硫酸亚铁中钛的快速去除方法，属于化工技术领域。本发明解决的技术问题是提供一种除杂率高、操作简单的钛白粉副产物硫酸亚铁的提纯新方法。钛白粉副产物硫酸亚铁中钛的快速去除方法，包括以下步骤：向硫酸亚铁溶液中加入磷酸和絮凝剂，搅拌下调节溶液pH至2.5～4.0，反应5min～24h，过滤，得净化后的硫酸亚铁溶液。本发明方法能高效去除钛白粉副产物硫酸亚铁中钛，钛除去率高，铁损失小，避免了二价铁离子的氧化问题，工艺稳定，且未引入其他金属杂质，工艺流程简单，反应周期短，工艺适于工业化生产。

Description

钛白粉副产物硫酸亚铁中钛的快速去除方法
技术领域
本发明属于化工技术领域，具体涉及一种钛白粉副产物硫酸亚铁中钛的快速去除方法。
背景技术
钛白粉被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。钛白粉的生产方法主要有硫酸法和氯化法，硫酸法因生产工艺相对简单，对钛精矿的品位要求较低等优点，被大多数钛白粉生产企业所采用，目前国内较大的钛白粉生产企业基本都采用硫酸法生产钛白粉，占比高达98％。
硫酸法再生产钛白粉的过程中会产生大量的硫酸亚铁副产品，据不完全统计，硫酸亚铁的产量将高达500～750万吨/年，因其含有TiO2+、Mn2+、Mg2+、Al3+等杂质元素而无法被直接利用，长期以来都是作为固体废弃物堆放，如此大量的硫酸亚铁副产物不仅影响了环境，而且对铁资源造成了浪费，很大程度上制约了钛白粉产业的发展。目前硫酸亚铁的主要作净水剂、饲料添加剂、肥料、涂料等，但都需要对硫酸亚铁进行提纯才能满足要求，因此如何提高硫酸亚铁的纯度是解决钛白粉副产物硫酸亚铁的首要任务。
硫酸亚铁为钛白粉副产物，因此钛作为硫酸亚铁中最主要的杂质元素之一，需要首先考虑去除，现有的去除钛的方法主要是通过调节硫酸亚铁溶液的pH，控制pH在酸性条件下(pH范围多有变化，一般为1.5～7)，加热水解使TiO2+离子水解成偏钛酸H2TiO3，过滤得到除钛后的硫酸亚铁溶液，此方法的缺点在于钛的去除率较低，三价铁离子的水解导致过滤困难，且除钛后溶液中钛含量依然在100mmp左右，如专利CN101767837A公开的方法；此外专利CN101348282A公开了一种硫酸亚铁溶液中深度去除钛的方法，该方法通过加入还原铁粉还原以及氧化亚铁粉末中和两个步骤完成除钛，工艺流程复杂，除钛成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种快速去除钛白粉副产物硫酸亚铁中钛的新方法，该方法除钛率高、操作简单、成本低。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是提供了一种钛白粉副产物硫酸亚铁中钛的快速去除方法，该方法包括以下步骤：
将钛白粉副产物硫酸亚铁溶解于水中，过滤取下清液，即为待净化的硫酸亚铁溶液；向待净化的硫酸亚铁溶液中加入磷酸和絮凝剂，搅拌下调节溶液pH至2.5～4.0，反应5min～24h，过滤，得净化后的硫酸亚铁溶液。
其中，上述方法中，所述钛白粉副产物硫酸亚铁中Ti质量百分含量为0.01～10％。
其中，上述方法中，所述水的纯度不低于去离子水。
其中，上述方法中，所述待净化的硫酸亚铁溶液中铁离子浓度为0.5～2mol/L。
其中，上述方法中，所述磷酸的质量浓度为14～15mol/L，磷酸的用量为20～200mL/L硫酸亚铁溶液。
其中，上述方法中，所述絮凝剂为木质纤维素，絮凝剂的用量为1～80g/L硫酸亚铁溶液。
其中，上述方法中，所述搅拌的搅拌速率为200～400r/min。
其中，上述方法中，采用含氨量为25～28％的氨水调节溶液pH。
其中，上述方法中，所述净化后的硫酸亚铁溶液中Ti的含量小于0.008g/L。
本发明的有益效果：
本发明方法通过向硫酸亚铁溶液中加入磷酸，预先消除了Fe3+对TiO2+水解的影响，起到了稳定溶液pH、抑制Fe2+氧化的作用，钛除去率达99％以上，铁损失率小于1％，工艺稳定，且未引入其他金属杂质；本发明方法除钛过程对温度的要求低，常温下就可进行，易于过滤，工艺流程简单，反应周期短，工艺适于工业化生产。
具体实施方式
具体的，一种钛白粉副产物硫酸亚铁中钛的快速去除方法，该方法包括以下步骤：
将钛白粉副产物硫酸亚铁溶解于水中，过滤取下清液，即为待净化的硫酸亚铁溶液；向待净化的硫酸亚铁溶液中加入磷酸和絮凝剂，搅拌下调节溶液pH至2.5～4.0，反应5min～24h，过滤，得净化后的硫酸亚铁溶液。
硫酸亚铁为钛白粉副产物，其铁含量一般为18～20％，钛作为硫酸亚铁中最主要的杂质元素之一，质量百分含量一般为0.01～10％。
钛白粉副产物硫酸亚铁一般含有少量不溶于水的杂质，因此将钛白粉副产物硫酸亚铁溶解于水中后，需要过滤，避免不溶物影响后续除杂操作。
为了避免引入额外杂质，提高净化后的硫酸亚铁溶液纯度，所述水的纯度不低于去离子水。
发明人研究发现，当溶液pH<2.5时，TiO2+水解率及水解速度都很低，pH>3.5时，TiO2+的水解率同样很低，分析原因为此时溶液以Fe3+的水解为主，一方面硫酸亚铁溶液本身存在少量Fe3+，另一方面部分Fe2+会被氧化为Fe3+，使Fe3+持续水解不断生成Fe(OH)3，这一过程又促进了Fe2+的氧化，因此造成溶液pH极难控制且无法过滤，除杂效果很差。本发明通过向溶液中加入一定量的磷酸，预先消除了Fe3+对TiO2+水解的影响，起到了稳定溶液pH、抑制Fe2+氧化的作用；所述磷酸的浓度为14～15mol/L，磷酸的用量为20～200mL/L硫酸亚铁溶液。
本发明方法中絮凝剂为木质纤维素，絮凝剂的用量为1～80g/L硫酸亚铁溶液。
本发明方法除钛过程对温度的要求低，常温(一般为20～30℃)下就可进行，控制搅拌速率为200～400r/min，反应5min～24h，能使溶液中的Ti尽可能沉淀，提高钛除去率。
本发明方法采用含氨量为25～28％的氨水调节溶液pH，过程更温和，且不会引入杂质。
本发明方法钛除去率高，净化后的硫酸亚铁溶液中Ti的含量小于0.008g/L。
优化的，一种钛白粉副产物硫酸亚铁中钛的快速去除方法，该方法包括以下步骤：
将钛白粉副产物硫酸亚铁(Ti质量百分含量为Ti：0.01～10％)溶解于纯度不低于去离子水的水中，过滤取下清液，即为待净化的硫酸亚铁溶液，其铁离子浓度为0.5～2mol/L；向待净化的硫酸亚铁溶液中加入浓度为14～15mol/L的磷酸和絮凝剂，200～400r/min搅拌下，用氨水调节溶液pH至2.5～4.0，反应5min～24h，过滤，得净化后的硫酸亚铁溶液；所述磷酸的用量为20～200mL/L硫酸亚铁溶液；所述絮凝剂的用量为1～80g/L硫酸亚铁溶液。
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此将本发明保护范围限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
将钛白粉副产物硫酸亚铁(Ti质量百分含量为0.213％)溶解于去离子水中，过滤，得铁离子浓度为0.5mol/L的澄清溶液；取500mL澄清溶液，加入19mL浓度为14.5mol/L的磷酸和0.5g木质纤维素，在搅拌速率200r/min下用氨水调节溶液pH为2.5，水解时间为5min，水解完成后过滤，测得溶液中Ti的含量小于0.008g/L，Ti去除率99.1％，铁损失率0.34％。
实施例2
将钛白粉副产物硫酸亚铁(Ti质量百分含量为0.213％)溶解于去离子水中，过滤，得铁离子浓度为1.0mol/L的澄清溶液；取500mL澄清溶液，加入45mL浓度为14.5mol/L的磷酸和10g木质纤维素，在搅拌速率250r/min下用含氨量为25～28％的氨水调节溶液pH为3.0，水解时间为1h，水解完成后过滤，测得溶液中Ti的含量为0.002g/L，Ti去除率99.3％，铁损失率0.42％。
实施例3
将钛白粉副产物硫酸亚铁(Ti质量百分含量为1.06％)溶解于去离子水中，过滤，得铁离子浓度为0.5mol/L的澄清溶液；取500mL澄清溶液，加入65mL浓度为14.5mol/L的磷酸和25g木质纤维素，在搅拌速率300r/min下用含氨量为25～28％的氨水调节溶液pH为3.5，水解时间为12h，水解完成后过滤，测得溶液中Ti的含量为0.002g/L，Ti去除率99.3％，铁损失率0.42％。
实施例4
将钛白粉副产物硫酸亚铁(Ti质量百分含量为3.5％)溶解于去离子水中，过滤，得铁离子浓度为0.5mol/L的澄清溶液；取500mL澄清溶液，加入90mL浓度为14.5mol/L的磷酸和39g木质纤维素，在搅拌速率350r/min下用含氨量为25～28％的氨水调节溶液pH为4.0，水解时间为24h，水解完成后过滤，测得溶液中Ti的含量为0.004g/L，Ti去除率99.2％，铁损失率0.51％。
由实施例1～4可知，本发明方法能快速、有效的去除钛白粉副产物硫酸亚铁中Ti杂质，钛除去率达99％以上，避免了Fe2+的氧化，铁损失率小于1％；本发明方法除钛过程对温度的要求低，常温下就可进行，易于过滤，工艺流程简单，反应周期短，工艺适于工业化生产。

Claims (15)

1.钛白副产物硫酸亚铁中钛的快速去除方法，其特征在于：包括以下步骤：
将钛白粉副产物硫酸亚铁溶解于水中，过滤取下清液，即为待净化的硫酸亚铁溶液；向待净化的硫酸亚铁溶液中加入磷酸和絮凝剂，搅拌下调节溶液pH至2.5～4.0，反应5min～24h，过滤，得净化后的硫酸亚铁溶液。
2.根据权利要求1所述的钛白副产物硫酸亚铁中钛的快速去除方法，其特征在于：所述钛白粉副产物硫酸亚铁中Ti质量百分含量为0.01～10％。
3.根据权利要求1所述的钛白副产物硫酸亚铁中钛的快速去除方法，其特征在于：所述水的纯度不低于去离子水。
4.根据权利要求1～3任一项所述的钛白副产物硫酸亚铁中钛的快速去除方法，其特征在于：所述待净化的硫酸亚铁溶液中铁离子浓度为0.5～2mol/L。
5.根据权利要求1～3任一项所述的钛白副产物硫酸亚铁中钛的快速去除方法，其特征在于：所述磷酸的质量浓度为14～15mol/L，磷酸的用量为20～200mL/L硫酸亚铁溶液。
6.根据权利要求4所述的钛白副产物硫酸亚铁中钛的快速去除方法，其特征在于：所述磷酸的质量浓度为14～15mol/L，磷酸的用量为20～200mL/L硫酸亚铁溶液。
7.根据权利要求1～3或6任一项所述的钛白副产物硫酸亚铁中钛的快速去除方法，其特征在于：所述絮凝剂为木质纤维素，絮凝剂的用量为1～80g/L硫酸亚铁溶液。
8.根据权利要求4所述的钛白副产物硫酸亚铁中钛的快速去除方法，其特征在于：所述絮凝剂为木质纤维素，絮凝剂的用量为1～80g/L硫酸亚铁溶液。
9.根据权利要求5所述的钛白副产物硫酸亚铁中钛的快速去除方法，其特征在于：所述絮凝剂为木质纤维素，絮凝剂的用量为1～80g/L硫酸亚铁溶液。
10.根据权利要求1所述的钛白副产物硫酸亚铁中钛的快速去除方法，其特征在于：所述搅拌的速率为200～400r/min。
11.根据权利要求1所述的钛白副产物硫酸亚铁中钛的快速去除方法，其特征在于：采用含氨量为25～28％的氨水调节溶液pH。
12.根据权利要求1～3、6或8～11任一项所述的钛白副产物硫酸亚铁中钛的快速去除方法，其特征在于：所述净化后的硫酸亚铁溶液中Ti的含量小于0.008g/L。
13.根据权利要求4所述的钛白副产物硫酸亚铁中钛的快速去除方法，其特征在于：所述净化后的硫酸亚铁溶液中Ti的含量小于0.008g/L。
14.根据权利要求5所述的钛白副产物硫酸亚铁中钛的快速去除方法，其特征在于：所述净化后的硫酸亚铁溶液中Ti的含量小于0.008g/L。
15.根据权利要求7所述的钛白副产物硫酸亚铁中钛的快速去除方法，其特征在于：所述净化后的硫酸亚铁溶液中Ti的含量小于0.008g/L。
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