CN107902701A - 钛白粉副产物硫酸亚铁的提纯方法 - Google Patents

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刘波
彭穗
韩慧果
陈勇
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Abstract

本发明公开了一种钛白粉副产物硫酸亚铁的提纯方法，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、收率高、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的提纯方法，包括以下步骤：向硫酸亚铁饱和溶液中加入乙醇，搅拌，过滤洗涤得固体和结晶母液，固体干燥得硫酸亚铁晶体。本发明方法能够显著降低了钛白粉副产物硫酸亚铁中Mn、Mg、Ti等杂质含量，硫酸亚铁晶体收率高；本发明方法无需添加任何沉淀剂，避免了引入杂质，在常温下即可进行，工艺流程十分简单、反应周期短，过程产物可以回收循环利用、成本低，适于工业化生产，为钛白粉副产物硫酸亚铁的提纯提供了一种新的途径。

Description

钛白粉副产物硫酸亚铁的提纯方法
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的提纯方法。
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。
现有的提纯钛白粉副产物硫酸亚铁的方法主要集中在两类：水解沉淀法和结晶法。水解沉淀法的工艺大同小异，不同之处在于使用的沉淀剂不同，而沉淀剂在使用的过程中夹带的杂质以及其本身引入的杂质的不同对硫酸亚铁晶体产品质量、工艺流程复杂程度以及产率有显著的影响。与沉淀法不同，结晶法提纯硫酸亚铁不仅不会引入杂质，而且工艺简单易于操作，但现有的结晶法都是采用蒸发浓缩-降温结晶的方式，杂质的去除率较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种除杂率高、收率高、操作简单的钛白粉副产物硫酸亚铁的提纯新方法。
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的提纯方法，该方法包括以下步骤：
将钛白粉副产物硫酸亚铁加入水中，直到溶液中有部分硫酸亚铁不溶为止，过滤取下清液，即为硫酸亚铁饱和溶液；向硫酸亚铁饱和溶液中加入乙醇，搅拌，过滤洗涤得固体和结晶母液，固体干燥得硫酸亚铁晶体。
其中，上述方法中，所述钛白粉副产物硫酸亚铁的杂质质量百分含量为Mn：0.1～5％、Mg：0.1～5％、Ti：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，所述硫酸亚铁饱和溶液与乙醇的体积比为10～1：1。
其中，上述方法中，所述乙醇为无水乙醇。
其中，上述方法中，所述搅拌的时间为6～24h。
其中，上述方法中，当硫酸亚铁晶体不能满足纯度要求时，重复提纯操作。
其中，上述方法中，还包括以下步骤：将结晶母液精馏，精馏所得乙醇进行回收再利用，精馏后残余的硫酸亚铁溶液重复提纯操作。
本发明的有益效果：
本发明方法利用硫酸亚铁不溶于乙醇的原理，向硫酸亚铁饱和溶液中加入乙醇，使硫酸亚铁的过饱和度进一步增大，从而以均相成核的方式自发析出形成母核，进而结晶长大实现硫酸亚铁的提纯，显著降低了硫酸亚铁中Mn、Mg、Ti等杂质含量，硫酸亚铁晶体收率高；本发明方法无需添加任何沉淀剂，避免了引入杂质，在常温下即可进行，工艺流程十分简单、反应周期短，过程产物可以回收循环利用、成本低，适于工业化生产，为钛白粉副产物硫酸亚铁的提纯提供了一种新的途径。
具体实施方式
具体的，一种钛白粉副产物硫酸亚铁的提纯方法，该方法包括以下步骤：
将钛白粉副产物硫酸亚铁加入水中，直到溶液中有部分硫酸亚铁不溶为止，过滤取下清液，即为硫酸亚铁饱和溶液；向硫酸亚铁饱和溶液中加入乙醇，搅拌，过滤洗涤得固体和结晶母液，固体干燥得硫酸亚铁晶体。
钛白粉副产物硫酸亚铁因其含有TiO2+、Mn2+、Mg2+等杂质元素而无法被直接利用，其杂质质量百分含量一般为Mn：0.1～5％、Mg：0.1～5％、Ti：0.01～10％。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，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。
硫酸亚铁饱和溶液可通过以下方法制备：常温下(一般为20～30℃)，向水中边搅拌边加入钛白粉副产物硫酸亚铁，直到溶液中有部分硫酸亚铁不溶为止，过滤取下清液，即为硫酸亚铁饱和溶液。
为了避免引入额外杂质，提高硫酸亚铁晶体纯度，所述水的纯度不低于去离子水。
本发明方法利用硫酸亚铁不溶于乙醇的原理，向硫酸亚铁饱和溶液中加入乙醇，使硫酸亚铁的过饱和度进一步增大，从而以均相成核的方式自发析出形成母核，进而结晶长大实现硫酸亚铁的提纯；优选的，硫酸亚铁饱和溶液与乙醇的体积比为10～1：1，所述乙醇为无水乙醇。
本发明方法盐析结晶纯化过程中，需要持续搅拌6～24h，确保硫酸亚铁晶体的纯度和收率。
为了进一步纯化固体，同时避免铁损失，过滤后，用无水乙醇洗涤滤饼。
由于不同用途的硫酸亚铁对硫酸亚铁纯度的要求不同，钛白粉副产物硫酸亚铁经过一次纯化步骤所得硫酸亚铁晶体中杂质含量可能还不能满足相应用途的纯度要求，此时，可以将硫酸亚铁晶体重复纯化操作，直至最终所得的硫酸亚铁晶体满足相应纯度要求。
本发明方法还可以对结晶母液做进一步处理：将结晶母液精馏，精馏所得乙醇可以返回提纯步骤，进行回收再利用，精馏后残余的硫酸亚铁溶液重复提纯操作，最大限度的回收硫酸亚铁，进一步降低成本。
优化的，一种钛白粉副产物硫酸亚铁的提纯方法，该方法包括以下步骤：
将钛白粉副产物硫酸亚铁(Mn：0.108％、Mg：0.640％、Ti：0.213％)加入纯度不低于去离子水的水中，直到溶液中有部分硫酸亚铁不溶为止，过滤取下清液，即为硫酸亚铁饱和溶液；向硫酸亚铁饱和溶液中加入无水乙醇，搅拌6～24h，过滤洗涤得固体和结晶母液，固体干燥得硫酸亚铁晶体；其中，所述硫酸亚铁饱和溶液与乙醇的体积比为10～1：1；所述乙醇为无水乙醇。
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。
本发明实施例所使用的硫酸亚铁饱和溶液按以下方法配制：取钛白粉副产物硫酸亚铁，经检测其杂质含量为Mn：0.108％、Mg：0.640％、Ti：0.213％，常温下，向去离子水中边搅拌边加入钛白粉副产物硫酸亚铁，直到溶液中有部分硫酸亚铁不溶为止，过滤取下清液，即为硫酸亚铁饱和溶液，经检测硫酸亚铁饱和溶液中杂质含量为Mn：0.539g/L、Mg：1.844g/L、Ti：0.901g/L。
实施例1
取500mL硫酸亚铁饱和溶液，边搅拌边加入50mL无水乙醇，持续搅拌时间为6h，过滤并用无水乙醇洗涤得固体和结晶母液，固体烘干得硫酸亚铁晶体，经检测硫酸亚铁晶体中的杂质元素含量为Mn：0.044％、Mg：0.291％、Ti：0.006％，铁的收率56.90％。
实施例2
取500mL硫酸亚铁饱和溶液，边搅拌边加入250mL无水乙醇，持续搅拌时间为12h，过滤并用无水乙醇洗涤得固体和结晶母液，固体烘干得硫酸亚铁晶体，经检测硫酸亚铁晶体中的杂质元素含量为Mn：0.026％、Mg：0.168％、Ti：0.004％，铁的收率87.32％。
实施例3
取500mL硫酸亚铁饱和溶液，边搅拌边加入500mL无水乙醇，持续搅拌时间为24h，过滤并再次用无水乙醇洗涤得固体和结晶母液，固体烘干得硫酸亚铁晶体，经检测硫酸亚铁晶体中的杂质元素含量为Mn：0.034％、Mg：0.176％、Ti：0.005％，铁的收率90.64％。
由实施例1～3可知，本发明方法能显著降低钛白粉副产物硫酸亚铁中Mn、Mg、Ti等杂质，无需添加任何沉淀剂，避免了引入杂质，在常温下即可进行，铁回收率高；本发明方法工艺流程十分简单、反应周期短，过程产物可以回收循环利用、成本低，适于工业化生产，为钛白粉副产物硫酸亚铁的提纯提供了一种新的途径。

Claims (8)

1.钛白粉副产物硫酸亚铁的提纯方法，其特征在于：包括以下步骤：
将钛白粉副产物硫酸亚铁加入水中，直到溶液中有部分硫酸亚铁不溶为止，过滤取下清液，即为硫酸亚铁饱和溶液；向硫酸亚铁饱和溶液中加入乙醇，搅拌，过滤洗涤得固体和结晶母液，固体干燥得硫酸亚铁晶体。
2.根据权利要求1所述的钛白粉副产物硫酸亚铁的提纯方法，其特征在于：所述钛白粉副产物硫酸亚铁的杂质质量百分含量为Mn：0.1～5％、Mg：0.1～5％、Ti：0.01～10％。
3.根据权利要求1所述的钛白粉副产物硫酸亚铁的提纯方法，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任一项所述的钛白粉副产物硫酸亚铁的提纯方法，其特征在于：所述硫酸亚铁饱和溶液与乙醇的体积比为10～1：1。
5.根据权利要求1～4任一项所述的钛白粉副产物硫酸亚铁的提纯方法，其特征在于：所述乙醇为无水乙醇。
6.根据权利要求1所述的钛白粉副产物硫酸亚铁的提纯方法，其特征在于：所述搅拌的时间为6～24h。
7.根据权利要求1～6任一项所述的钛白粉副产物硫酸亚铁的提纯方法，其特征在于：当硫酸亚铁晶体不能满足纯度要求时，重复提纯操作。
8.根据权利要求1～7任一项所述的钛白粉副产物硫酸亚铁的提纯方法，其特征在于：还包括以下步骤：将结晶母液精馏，精馏所得乙醇进行回收再利用，精馏后残余的硫酸亚铁溶液重复提纯操作。
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