CN107963704A - 富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂及其制备、使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂及其制备、使用方法，属于固液分离领域。本发明要解决的技术问题是目前由于高浓度、高粘度的富钛料酸解钛液絮凝颗粒小、胶体多、比重轻，导致难于絮凝、沉降，且沉降后的泥渣过滤困难的问题，提供一种富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂。富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂，其特征在于：包含以下质量份的组分：絮凝剂：0.5～3.0份，沉降载体：0.2～2.0份，助剂：0.2～2.0份，水：97.0～99.5份，且絮凝剂与水的总质量份为100份。使用本发明富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂得到的澄清钛液沉降快，过滤性能好，且沉积后的泥渣易于分离，值得推广应用。

Description

富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂及其制备、使用方法

技术领域

本发明属于固液分离领域，具体涉及一种富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂及其制备、使用方法。

背景技术

利用盐酸法制备的酸溶性富钛料，杂质含量低，酸溶效果好，是一种优质新型的硫酸法钛白生产原料。硫酸法制备钛白粉，通常的工艺主要步骤如下：富钛料酸解、熟化、溶解、絮凝、澄清、固液分离、水解、一次洗涤、漂白、漂洗、盐处理、煅烧制粉。

酸溶性富钛料具有金红石雏形的物质结构，能够在一定的条件下被浓硫酸所分解，得到总钛浓度高，铁钛比低，粘度和比重大的酸解钛液，该酸解钛液如果澄清合格后，能够直接用于水解，得到品质优异的水解偏钛酸。传统的沉降工序是按照一定的比例并流添加絮凝剂聚丙烯酰胺，间歇沉降两小时后进行真空抽吸澄清合格的钛液，当钛液浓度低时，胶体杂质较少，形成的絮凝物与酸解钛液比重差距较大，易于自然沉降。但是盐酸法制备的酸溶性富钛料通过酸解工序，得到的是高浓度的酸解钛液，该酸解钛液中杂质离子虽然较少，但存在相当量的胶体粒子，通过常规的絮凝后，得到的絮团比重与钛液比重相当，沉积速度很慢，且很难达到澄清合格；如果通过加大絮凝剂的用量，将导致得到的沉积物量大，难于压滤，滤饼含酸解钛液量高，有价二氧化钛物料损失严重。

在钛精矿中存在一定量的脉石，尤其硅类脉石，利用盐酸浸取制备酸溶性富钛料的过程中，含硅很高的石英和粘土不能被盐酸所浸取进入液相中，无法分离，硅元素得到了累积，使得酸溶性富钛料中硅含量高。表1列出了钛铁矿盐酸浸出渣主要化学组成范围，其中SiO₂可高达7.5％；同时采用冶炼法生产酸溶性高钛渣时也面临高SiO₂的问题，其化学组成如表2所示。

表1钛铁矿盐酸浸出渣主要化学组成

表2高钛渣主要化学组成

酸溶性富钛料硅含量高，在硫酸法钛白酸解工艺中，主反应时，因物料酸度很高，时间短，高硅含量的杂质没有参与酸解反应，进入熟化阶段，随着时间的延长，SiO₂缓慢地被溶解进入固相物体中，形成玻璃态的SiO₂，因物料酸度很高和浓硫酸的强烈吸水作用，使得被溶解的玻璃态SiO₂无法形成硅酸。熟化过后，形成的酸解固相物要通过大量的水进行溶解浸取，形成复杂的盐类溶液，同时酸度大大降低，在此条件下，硅酸很快生成。硅酸在纯水中的溶解度很小，经过很长时间才发生絮凝作用，但在酸性尤其有盐存在条件下，硅酸会自聚成链状，继而变成三维网状结构，成为包含≡Si-OH基团的球状胶质颗粒。若聚合作用继续进行，生成稳定的胶体溶液，此种溶液称硅酸溶胶。硅溶胶具有胶体特性，近似球形，带负电，其内部存在硅氧烷键(-Si-O-Si-)，表面由许多硅烷醇基(-SiOH)和羟基(-OH)覆盖。由于溶胶的胶粒有很大的比表面积，非常容易吸附离子或本身而带有相同符号的电荷。在钛液中，胶核(SiO₂)_m总是选择性地吸附与它组成相类似且带负电荷的SiO₃ ^2-形成吸附层，同时胶粒的外界又吸引一些H⁺而形成扩散层。这样，吸附的阴离子与伴随的阳离子一起构成了双电层，引起胶粒间的相互排斥作用，促使胶体溶液稳定。

由高硅富钛料生产的酸解钛液存在着大量的硅胶以及高比重和高粘度的特性，使这类酸解钛液的絮凝、沉降及固液分离尤为困难。为了处理高浓度酸解钛液，急需开发一种既能加快酸解钛液中固体沉降又能降低滤饼钛液含量的多元絮凝沉降剂。

《AMPAM在钛液中对矿渣絮沉作用》(1994～2013 China Academic JournalElectronic Publishing House)采用AMPAM(胺甲醛改性聚丙烯酰胺)来处理TiO₂115～130g/L、酸度系数F1.9～2.1的钛液，获得沉降速度0.31m/h和45ppm的净化钛液。该文章论述了常规钛液的沉降絮凝方法，但对富钛料生产的高浓度钛液并不有效。

刘恒等报道的《黑钛液净化絮凝剂制备及絮凝性研究》(四川联合大学学报July1999，Vol.3 No4.)研究了硫酸分解钛精矿得到的黑钛液含TiO₂ 129g/L和30℃时比重1.56g/mL，其酸解钛渣的成份极为复杂，其中固相不溶物：一类为未分解的钛铁矿、脉石、泥浆及钙、镁等不溶性化合物组成的悬浮残渣，另一类为水合二氧化硅、水合氧化铝及水合二氧化钛等具有较高动力学稳定性的胶体，加入改性聚丙烯酰胺可使黑钛液沉降速度及过滤速度明显提高。在硫酸法钛白生产中，钛精矿作为钛白粉的主要原料，因含有大量的铁，使得酸解后酸解钛液浓度不高，比重小，粘度小，该沉降方法完全能够满足要求；而用冶炼钛渣和盐酸浸取法酸溶性富钛料，因生产工艺决定了大量的硅富集到产品中，使得酸解后的酸解钛液中硅含量高，从节能环保和钛白粉品质上考虑，必须提高酸解后总钛浓度，才能达到经济、环保和高品质效益，因此，酸解钛液浓度高，粘度大，比重大，沉降困难。

中国专利申请CN101948158A公开了《一种改性助沉剂强化絮凝/混凝处理污水方法》，该方法采用高分子絮凝剂浸泡石英等矿物粒子制备颗粒助沉剂，将颗粒助沉剂投入待处理污水中除去水中悬浮物和胶体。该新型助沉剂具有石英砂颗粒核心，其密度与直径远大于污水中的悬浮物质，可以加速水中悬浮污染颗粒和絮凝体的沉降；但是该专利是针对加速工业废水中悬浮颗粒絮凝沉降而开发的新型助沉剂，工业废水的密度、粘度都很低，而且胶体颗粒相比酸解钛液低几个数量级，作为被处理对象相对容易很多，该专利技术无法用于处理酸解钛液。

发明内容

本发明要解决的技术问题是目前由于高浓度、高粘度的富钛料酸解钛液絮凝颗粒小、胶体多、比重轻，导致难于絮凝、沉降，且沉降后的泥渣过滤困难的问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是提供了一种富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂，其包含以下质量份的组分：絮凝剂：0.5～3.0份，沉降载体：0.2～2.0份，助剂：0.2～2.0份，水：97.0～99.5份，且絮凝剂和水的总质量份为100份。

优选的，上述所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂中，所述絮凝剂为1.5～2.5份，所述水为97.5～98.5份。

更优选的，上述所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂中，所述絮凝剂为2.5份，所述水为97.5份。

优选的，上述所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂中，所述沉降载体为0.5～1.5份。

更优选的，上述所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂中，所述沉降载体为1.0份。

优选的，上述所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂中，所述助剂为0.5～1.0份。

更优选的，上述所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂中，所述助剂为0.5份。

其中，上述所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂中，所述絮凝剂为有机合成高分子絮凝剂或有机天然高分子絮凝剂，且所述絮凝剂的分子量为8万～15万；其中，所述有机合成高分子絮凝剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚氧乙烯、聚乙烯胺、聚乙烯磺酸盐中的至少一种；所述有机天然高分子絮凝剂为淀粉磷酸酯淀粉、黄原酸脂、壳聚糖、甲壳素类絮凝剂中的至少一种。

优选的，上述所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂中，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺。

其中，上述所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂中，所述沉降载体为钛铁矿、钛精矿、赤铁矿、磁铁矿、钒钛磁矿、石膏、石英中的至少一种。

其中，上述所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂中，所述沉降载体的粒度为150～300目。

优选的，上述所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂中，所述沉降载体为钛精矿。

其中，上述所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂中，所述助剂为硅藻土、珍珠岩、纤维素、石棉、石墨粉、锯屑、氧化镁、石膏、活性炭、酸性白土、木炭粉、木粉、木质纤维素中的至少一种。

优选的，上述所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂中，所述助剂为木质纤维素。

本发明还提供了上述所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

按配比，将絮凝剂完全溶解于水中，然后加入助剂和沉降载体，搅拌均匀，即得富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂。

此外，本发明还提供了上述所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂的使用方法，该方法包括以下步骤：

向富钛料酸解钛液中加入富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂，混合均匀后，静置，酸解钛液出现分层，将上层清液和下层泥渣分别进行分离，合并液相即可。

其中，上述所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂的使用方法中，所述富钛料酸解钛液的总钛浓度为180～240g/L。

优选的，上述所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂的使用方法中，所述富钛料酸解钛液的总钛浓度为215～225g/L。

其中，上述所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂的使用方法中，所述富钛料酸解钛液的温度为50～65℃。

其中，上述所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂的使用方法中，所述富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂与富钛料酸解钛液的体积比为6～12：100。

优选的，上述所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂的使用方法中，所述富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂与富钛料酸解钛液的体积比为7～10：100。

其中，上述所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂的使用方法中，所述静置的时间为0.5～3h。

本发明的有益效果是：

本发明通过对多元絮凝沉降剂中各组分及其含量的大量筛选，确定了多元絮凝沉降剂中合适的絮凝剂、沉降载体和助剂的种类及用量，创造性的提供了一种新型富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂，该不仅可有效沉降总钛浓度为110～180g/L的低浓度酸解钛液，对总钛浓度为180～240g/L的高浓度富钛料酸解钛液同样具有优异的絮凝、沉降、固液分离效果，有效地解决了目前高浓度、高粘度的富钛料酸解钛液难于絮凝、沉降，且沉降后的泥渣过滤困难的问题；使用本发明的多元絮凝沉降剂得到的澄清钛液沉降快，过滤性能好，且沉积后的泥渣易于分离，能够应用在利用高钛渣、富钛料为原料的硫酸法钛白沉降工艺之中，值得推广应用。

具体实施方式

具体的，一种富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂，其包含以下质量份的组分：絮凝剂：0.5～3.0份，沉降载体：0.2～2.0份，助剂：0.2～2.0份，水：97.0～99.5份，且絮凝剂和水的总质量份为100份。

发明人在试验中发现，不同絮凝剂的浓度实质上是添加不同絮凝剂的用量，随着不同絮凝剂用量的提高，絮凝、沉降效果逐渐增强；絮凝剂浓度达到3％(即将3质量份的絮凝剂溶解于97质量份的水中)，絮凝剂的粘度很高，与酸解钛液的混合效果受到影响；如果絮凝剂的配制浓度太低，絮凝、沉降效果较差，此时为了达到较好的絮凝、沉降效果，则需要增加富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂的加入量，从而导致酸解钛液浓度降低太多；因此，综合考虑絮凝、沉降、固液分离等效果，优选的，所述絮凝剂为1.5～2.5质量份，所述水为97.5～98.5质量份；更优选的，所述絮凝剂为2.5质量份，所述水为97.5质量份。

发明人研究发现，通过增加絮凝剂的用量和沉降时间，能够使酸解钛液絮凝、沉降合格，但絮凝剂加量的增加，使得泥渣中絮凝剂量大，粘度大，过滤困难，造成泥渣中残钛含量高，钛收率受到影响；其次，由于加入过量的絮凝剂使废水中胺含量增加，对环保不利。沉降时间的延长，温度损失大，在冬季很可能需要采取保暖措施，防止亚铁析出，影响絮凝、沉降质量，同时生产周期加长，产能受到影响；此时通过改变絮凝剂的参数条件已无法增加富钛料酸解钛液絮凝沉降速度。

因此发明人又加入沉降载体，考察絮凝沉降效果，试验发现随着沉降载体加量的增大，沉降的速率提高，但当加量达到1质量份时，60min后沉降速率反而有下降的趋势，且上层清液的过滤性能变差，主要是由于过量的沉降载体，使得团聚物絮凝时间太短，一些微细颗粒尚未形成团聚物，影响了沉降效果；因此，优选的，沉降载体的用量为0.5～1.5质量份；更优选的，沉降载体的用量为1质量份。

试验发现，随着助剂用量的增加，絮凝效果就越明显，而且沉积后泥渣的过滤性能更加优异，但当助剂用量0.5质量份时，絮凝效果和过滤速度趋于平缓；考虑到沉降效果和成本等因素，优选的，助剂为0.5～1质量份；更优选的，助剂为0.5质量份。

本发明对絮凝剂、沉降载体和助剂的种类进行大量尝试：

本发明富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂中絮凝剂可选择种类较大，可为有机合成高分子絮凝剂或有机天然高分子絮凝剂；其中，所述有机合成高分子絮凝剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚氧乙烯、聚乙烯胺、聚乙烯磺酸盐中的至少一种；所述有机天然高分子絮凝剂为淀粉磷酸酯淀粉、黄原酸脂、壳聚糖、甲壳素类絮凝剂中的至少一种。

经过大量筛选试验，当絮凝剂分子量为8万～15万时，能够有效提高富钛料酸解后的酸解钛液的絮凝、沉降效果。

优选的，上述所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂中，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺。

本发明富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂中，沉降载体为矿物、化合物或其混合物等重矿物，其比重大于3.0g/cm³；经试验发明，沉降载体可以为钛铁矿、钛精矿、赤铁矿、磁铁矿、钒钛磁矿、石膏、石英中的至少一种。沉降载体能被絮凝剂在被处理的酸解钛液中絮凝,沉降载体能与酸解钛液中固体、胶体、凝聚/过滤助剂及所加的絮凝剂形共絮凝,以达到絮团增加比重及直径和加速絮团沉降的目的，并使上层清液中胶体颗粒物与微细物也明显减少；但沉降载体的粒度对沉降效果有较大影响，当沉降载体的粒度较粗时，絮凝剂对其的絮凝效果较差，且在自身重力作用下率先沉积，对微细粒助沉作用较小；因此，本发明中沉降载体的粒度为150～300目。

此外，钛精矿粉是作为生产硫酸法钛白的主要原料，在70℃以下的稀硫酸溶液中，性质异常稳定，且经试验发现，其助沉效果明显，因此，优选的，沉降载体为钛精矿。

本发明中助剂能吸附酸解钛液中胶体并提高滤液过滤效率的物质，助剂应具备如下条件：(1)疏松、多孔,有吸附能力、具有粒径小、比表面积大、粒度分布范围较窄；(2)在过滤过程中能形成多空饼层的刚性颗粒，使滤饼有良好的渗透性及较低的流体阻力；(3)在酸解钛液中具有化学稳定性，不会给钛液增加任何钛白粉杂色元素；(4)在操作压力范围内具有不可压缩性。助剂在酸解钛液絮凝与过滤过程起如下四个作用：(1)利用助剂的高比面积与比表面能，助剂能够凝聚或吸附酸解钛液硅胶等胶体从而起到了胶体载体作用；(2)利用助剂在酸性酸解钛液中负正电荷或不带电的性能，助剂通过静电吸附，范得华引力吸附，氢键吸附以及助剂表面的钙、镁等阳离子对硅胶的化学吸附等使硅胶等胶体吸附其表面；(3)助剂通过絮凝剂与胶体颗粒发生桥链作用；(4)利用助剂的多孔等特性使泥渣易固液分离及降低固体中钛液含量，达到增加钛回收率的目的。

本发明富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂中，常用的助剂为硅藻土、珍珠岩、纤维素、石棉、石墨粉、锯屑、氧化镁、石膏、活性炭、酸性白土、木炭粉、木粉、木质纤维素中的至少一种；这些助剂的比重都小于3.0g/cm³。利用盐酸浸取法制备的富钛料中，使硅得到了富集，钛液中存在一定的胶体离子，使得絮凝团体积较小，造成了絮凝不完全的现象。通过添加絮凝助剂/过滤助剂，来增强絮凝剂对微小颗粒的吸附强度，能够有效帮助絮凝基团长大的作用，从而使得絮凝过程迅速完全。

经试验发现，助剂为木质纤维素时，絮凝、沉降作用明显和完全，使钛液澄清度大大提高，且沉积泥渣的过滤较为容易，因此，优选的，助剂为木质纤维素。

本发明还提供了上述所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

按配比，将絮凝剂完全溶解于水中，然后加入助剂和沉降载体，搅拌均匀，即得富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂。

此外，本发明还提供了上述所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂的使用方法，该方法包括以下步骤：

向富钛料酸解钛液中加入富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂，混合均匀后，静置，酸解钛液出现分层，将上层清液和下层泥渣分别进行过滤，合并滤液即可。

富钛料为电炉熔炼钛铁矿酸溶性高钛渣、钛铁矿盐酸浸出渣或其二者的混合物。制备钛铁矿盐酸浸出渣时，所用的盐酸浸出法可以为盐酸直接浸取法，或为BCA盐酸浸取法，或为预氧化-流态化常压浸出法，或为预氧化-选冶联合加压浸出法。为了工艺的简便性，优选盐酸直接浸取法，工艺步骤如下：A、混合钛铁矿与盐酸，钛铁矿质量(克)与盐酸溶液的体积(毫升)比为1：2.5～5，盐酸浓度为18％～30％，加热至70℃～150℃进行浸出反应，反应时间为1～8小时；B、反应液过滤，干燥所得固体，该固体即为酸溶性的富钛料；步骤B干燥时，控制温度低于350℃，干燥时间4～8小时。

以富钛料为原料应用硫酸法的酸解钛液制备步骤如下：

A、混合硫酸与富钛料，加热至130～200℃后，控制加热让反应进行并保持其反应温度，反应后得到粘稠状固态混合物；其中酸渣比以重量计为1.4～1.9：1；

B、将该混合物置于140～220℃熟化1～4小时，冷却，加温水，加水量为硫酸体积的2～3倍；加水是为了将硫酸氧钛和硫酸钛溶解于水中；其中，熟化即是将酸解产物-粘稠状固态混合物进一步进行酸解反应；

C、搅拌至固态混合物溶解得酸解钛液，该酸解钛液为硫酸氧钛、硫酸钛、未被硫酸酸解的固体及酸解过程中生成的硅胶胶体等的混合物。

通过大量的试验发现：无论是钛渣还是富钛料，酸解后钛液浓度为110～180g/L时，直接采用絮凝剂，在100mL酸解钛液中加入2mL质量浓度2.5％的絮凝剂就能够满足要求。但是，在相同条件下，用多元复合絮凝沉降剂代替，絮凝剂用量可以降低50％，且沉降效果和沉降速度比单一的絮凝剂好；当钛液浓度180～240g/L时，单一的絮凝剂沉降速度很慢，絮凝效果差，泥渣难于过滤，必须使用多元沉降絮凝剂。

本发明富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂不仅可有效沉降总钛浓度为110～180g/L的酸解钛液，对总钛浓度为180～240g/L的富钛料酸解钛液同样具有优异的絮凝、沉降、固液分离效果。

富钛料酸解钛液的沉降速率与温度有很大的关系，一般情况下温度越高，沉降越快，但是酸解钛液在不超过70℃下，钛液尚可稳定，不会有水解倾向，为了确保酸解钛液有足够高的稳定性，必须不超过70℃的温度条件下进行沉降操作，因此，试验或生产中一般选择钛液温度为50～65℃。

本发明通过对富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂中各组分及其用量的大量筛选，从而确定了一个具有高效沉降效果的多元絮凝沉降剂，因此，对富钛料酸解后的酸解钛液进行沉降时，富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂与富钛料酸解钛液的体积比仅为6～12：100；增大多元复合絮凝沉降剂，沉降速率加快，效果更明显，沉积后的泥渣过滤性能更优异，当富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂与富钛料酸解钛液的体积比超过7：100时，各项指标趋于平缓，从成本角度和沉降效果综合考虑，优选的，富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂与富钛料酸解后的酸解钛液的体积比为7～10：100；为了以最少的加量获得最佳的效果，更优选的，富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂与富钛料酸解后的酸解钛液的体积比为7：100。

采用本发明提供多元絮凝沉降剂沉降富钛料酸解钛液时，静置时间的长短可依据沉降贮槽体积和沉降面积的大小来确定，一般静置的时间为0.5～3h；静置的温度一般为15～65℃，而由于工业上，酸解钛液的处理规模一般较大，此时体系散热较慢，静置时的温度一般可保持在40～65℃。

静置，酸解钛液出现分层现象，沉降液面分界线以上为清液，以下为泥渣，将上层清液和下层泥渣分别进行分离，合并液相即可；分离方式可选择减压抽滤、离心等。

下面通过试验例和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。

试验例和实施例中实验方法按如下步骤进行：

步骤1、絮凝剂配制：取一定量的絮凝剂按给定的配制浓度加入一定量的水,混合搅拌至絮凝剂完全溶解后待用，配制好的絮凝剂使用生命周期为24小时，絮凝剂浓度为0.5％-3.0％；

步骤2、富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂配制：取一定量的絮凝剂、沉降载体、助剂按给定比例的混合搅拌2min，混合均匀配制成富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂；配制好的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂使用生命周期为24小时；絮凝剂溶液：助剂为100g：0.2～2.0g，絮凝剂溶液：沉降载体为100g：0.2～2.0g；

步骤3、絮凝实验准备：取500mL富钛料酸解后的酸解钛液于1000mL烧杯中，富钛料酸解钛液的总钛浓度控制在180～240g/L之间，并且将酸解钛液的温度控制在60℃左右；

步骤4、絮凝：按照一定的量加入不同的絮凝剂/富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂于酸解钛液中，以20rpm搅拌速度，搅拌1min；

步骤5、沉降：将絮凝好的酸解钛液静止沉淀，记录沉降液面分界线高度与时间的关系；沉降液面分界线以上为清液，以下为泥渣；

步骤6、清液过滤：取200mL上清液放入直径为120mm过滤漏斗中，进行真空抽滤，记录过滤时间以及过滤后的固体重量，所有实验其真空度保持恒定；

步骤7、滤渣过滤：取100mL泥渣放入直径为120mm过滤滤斗中，进行真空抽滤，记录过滤时间与分析滤饼钛液含量，所有实验其真空度保持恒定。

试验例和实施例中主要试剂为：

聚丙烯酰胺CGC-3：分子量为10～15万；

聚丙烯酰胺5040：分子量为300～500万；

聚丙烯酰胺SN800：分子量为3～5万；

钛精矿粉：粒度为200～325目；

废硫石膏：粒度为100目～200目；

石英砂：粒度为200目～500目。

试验例1：钛铁矿酸解钛液的絮凝对比

将液体聚丙烯酰胺CGC-3、固体聚丙烯酰胺5040、固体聚丙烯酰胺SN800加水分别配制成质量浓度为2％的溶液，取三份500mL钛铁矿酸解后的钛液于三个1000mL烧杯中，控制每份的总钛浓度160～175g/L之间，在60℃下，分别加入50mL质量浓度为2％的聚丙烯酰胺CGC-3溶液、50mL质量浓度为2％的聚丙烯酰胺5040溶液、50mL质量浓度为2％的聚丙烯酰胺SN800溶液，搅拌1min，静置沉降，每30分钟记录澄清钛液的高度；澄清钛液高度结果如表3所示：

表3稀钛液不同絮凝剂的选择

絮凝剂名称	CGC-3	5040	SN800
				沉降30min高度	20mm	10mm	10mm
沉降60min高度	38mm	20mm	25mm
				沉降高度120min高度	65mm	35mm	40mm

由表3数据可知，当酸解后钛液总钛浓度小于180g/L时，直接采用絮凝剂CGC-3、5040或SN800，即能满足酸解钛液的絮凝、沉降要求。

试验例2：絮凝剂种类的选择

将液体聚丙烯酰胺CGC-3、固体聚丙烯酰胺5040、固体聚丙烯酰胺SN800加水分别配制成2％的溶液，取三份500mL富钛料酸解后的钛液于三个1000mL烧杯中，控制总钛浓度215～225g/L之间，在60℃下，分别加入50mL质量浓度为2％的聚丙烯酰胺CGC-3溶液、50mL质量浓度为2％的聚丙烯酰胺5040溶液、50mL质量浓度为2％的聚丙烯酰胺SN800溶液，搅拌1min，静置沉降，每30分钟记录澄清钛液的高度；澄清钛液高度结果如表如表4所示：

表4不同絮凝剂的选择

絮凝剂名称	CGC-3	5040	SN800
				沉降30min高度	5mm	0	0
沉降60min高度	10mm	0	0
				沉降高度120min高度	15mm	0	5mm

结合表3和表4数据可知，富钛料酸解后的酸解钛液，由于其总钛浓度较高，絮凝、沉降要困难的多。

试验例3：絮凝剂聚丙烯酰胺CGC-3浓度的选择

将液体絮凝剂聚丙烯酰胺CGC-3溶于水中，分别配成质量浓度为1％、1.5％、2％、2.5％、3.0％的溶液；分别取5份500mL富钛料酸解后的酸解钛液于5个1000mL烧杯中，控制总钛浓度215～225g/L之间，在60℃下，各加入50mL不同浓度的聚丙烯酰胺CGC-3溶液，搅拌1min，静置沉降120min后，记录澄清钛液的高度；澄清钛液的高度与絮凝剂浓度关系如表5所示：

表5絮凝剂不同浓度的选择

絮凝剂浓度(％)	1.0	1.5	2	2.5	3
						沉降高度(mm)	10	20	30	40	60
絮凝剂溶液粘度(厘泊)	50	80	100	140	200
						与钛液的混合效果	好	好	一般	一般	差

从表5数据中可以看出，不同絮凝剂的浓度实质上是添加不同絮凝剂的用量，随着浓度的提高，沉降效果逐渐增强；当絮凝剂浓度达到3％，絮凝剂的粘度很高，与酸解钛液的混合效果受到影响；如絮凝剂的配制浓度太低，加入量就会过大，使得酸解钛液浓度降低太多，因此，优选的，絮凝剂的浓度为1.5～2.5％，更优选的，絮凝剂的浓度为2.5％。

试验例4：絮凝剂CGC-3用量的选择

将液体絮凝剂聚丙烯酰胺CGC-3溶于水中，配成质量浓度2.5％的溶液；分别取5份500mL富钛料酸解后的钛液与5个500mL烧杯中，控制总钛浓度215～225g/L之间，在60℃下，分别加入20mL、30mL、40mL、50mL、60mL聚丙烯酰胺CGC-3的溶液，搅拌1min，静置沉降120min后，取澄清钛液检测抽速、分析澄清钛液的固体含量以及泥渣的过滤性能；澄清钛液为固体含量如表6所示：:

表6絮凝剂CGC-3用量的选择

絮凝剂加量(mL)	10	30	40	50	60
						沉降高度(mm)	5	15	20	40	60
清液过滤速度(mL/min)	无法检测	无法检测	13	33	28

表6数据可以看出：随着絮凝剂聚丙烯酰胺CGC-3加量的增加，澄清钛液固体含量下降，在加量为40～50mL范围内，絮凝与澄清钛液固体含量有一个很大的突跃；从过滤速度数据可知，加量达到50mL以后，虽然澄清钛液固体含量较低，但过滤速度仍然较长，表明上层清液中存有大量的细微颗粒没有被絮凝与沉降。

试验例5：沉降载体种类的选择

在试验例2～4中，通过增加絮凝剂聚丙烯酰胺CGC-3的加量和有足够的沉降时间，能够使酸解钛液沉降合格，但絮凝剂加量的增加，使得泥渣中絮凝剂量大，粘度大，过滤困难，造成泥渣中残钛含量高，钛收率受到影响；其次，由于加入过量的絮凝剂使废水中胺含量增加，对环保不利；沉降时间的延长，温度损失大，在冬季很可能需要采取保暖措施，防止亚铁析出，影响沉降质量，同时生产周期加长，本岗位产能受到影响；所以通过改变絮凝条件已无法增加富钛料酸解钛液絮凝沉降速度。

本试验例中分别选择了钛精矿粉、废硫石膏和石英砂作为沉降载体按照试验方法进行了沉降试验，沉降载体加量按照溶解后絮凝剂聚丙烯酰胺CGC-3溶液(浓度为2.5％)重量的1％进行添加，搅拌后即配成混合絮凝剂；取混合絮凝剂50mL加入至500mL酸解钛液中，进行絮凝试验，考察沉降速度和对沉降效果的影响，试验数据见表7：

表7不同沉降载体的沉降对比

沉降载体名称	硫石膏	钛精矿粉	石英砂
				沉降30min高度(mm)	20	30	10
沉降60min高度(mm)	40	70	30
				沉降120min高度(mm)	60	70	50
清液过滤速度(ml/min)	23.5	28.5	25
				滤渣过滤速率(滴/min)	0	2	1

由表7数据可知：石英砂作为沉降载体，对沉降速度没有明显的作用，主要是由于石英砂颗粒较粗，絮凝剂对其的絮凝效果较差，而自身重力作用下率先沉积，对微细粒助沉没有作用；硫石膏和钛精矿粉都具有助沉的作用，而钛精矿粉效果最明显，在60min时已经沉降完全；添加钛精矿粉沉降载体后，沉降速度加快，上层清液中胶体颗粒物与微细物也明显减少。

钛精矿粉是作为生产硫酸法钛白的主要原料，在70℃以下的稀硫酸溶液中，性质异常稳定，从沉降试验来看，助沉效果明显，因此，沉降载体优选用钛精矿粉。

试验例6：沉降载体加量的选择

分别在不同容器中装有100g质量浓度为2.5％的聚丙烯酰胺CGC溶液，按照0.3％(0.3g)、0.5％(0.5g)、0.8％(0.8g)、1.0％(1.0g)和1.5％(1.5g)的比例加入沉降载体钛精矿粉，搅拌均匀后，配成复合絮凝沉降剂；加入50mL该复合絮凝沉降剂于500mL酸解钛液中，搅拌1min后，静置60min，观察不同时间下的沉降高度和上层清液过滤速度，试验数据见表8：

表8沉降载体钛精矿加量的选择试验

沉降载体加量(％)	0.3	0.5	0.8	1.0	1.5
						沉降30min高度(mm)	10	10	20	30	40
沉降60min高度(mm)	10	30	50	70	60
						沉降120min高度(mm)	20	40	60	70	70
清液过滤速度(ml/min)	5	17	13	28.5	20

表8数据可以看出，随着沉降载体加量的增大，沉降的速率提高，但当加量达到1％时，60min后沉降速率反而有下降的趋势，且上层清液的过滤性能变差，主要是由于过量的沉降载体，使得团聚物絮凝时间太短，一些微细颗粒尚未形成团聚物，影响了沉降效果，故优选的，按照计，钛精矿沉降载体的加量为聚丙烯酰胺CGC溶液的重量的0.5～1.5％，更优选的，钛精矿沉降载体的加量为1.0％。

试验例7：助剂种类的选择

利用盐酸浸取法制备的富钛料中，使硅得到了富集，钛液中存在一定的胶体离子，使得絮凝团体积较小，造成了絮凝不完全的现象，通过添加助剂，来增强絮凝剂对微小颗粒的吸附强度，从而使得絮凝过程迅速完全。

在配制好质量浓度为2.5％的絮凝剂聚丙烯酰胺CGC-3溶液中，加入絮凝剂溶液重量1％的钛精矿粉，搅拌1min，再加入絮凝剂溶液重量0.5％的木炭粉，搅拌1min后，待用；同样的方法用硅藻土、木质纤维素分别替代木炭粉，按照试验方法，加量为50mL，沉降60min、120min，进行絮凝试验的对比；试验数据见表9：

表9助剂的选择

助剂名称	木炭粉	硅藻土	木质纤维素
				沉降120min高(mm)	70	70	70
清液过滤速度(ml/min)	40	50	80
				清洁度(目视)	不合格	不合格	合格
泥渣抽滤速率(滴/min)	10	12	17

由表9数据可知，硅藻土、木炭粉和木质纤维素都能够有效帮助絮凝基团长大的作用，但木质纤维素的絮凝作用明显和完全，使钛液澄清度大大提高，且沉积泥渣的过滤较为容易，因此，优选的，助剂为木质纤维素。

试验例8：助剂加量的选择

在配制好质量浓度为2.5％的絮凝剂聚丙烯酰胺CGC-3溶液中，加入絮凝剂溶液重量1.0％沉降载体钛铁矿，分别按0.2％、0.5％、0.8％和1.0％絮凝剂溶液重量，加入助剂木质纤维素，配成不同的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂，取50mL富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂按照试验方法的进行沉降试验，试验数据见表10：

表10木质纤维素加量的选择

木质纤维素加量(％)	0.2	0.5	0.8	1.0
					沉降120min高度(mm)	60	70	70	70
清液过滤速度(ml/min)	13.3	80	75	80
					清洁度(目视)	不合格	合格	合格	不合格
泥渣抽滤速率(滴/min)	5	17	15	14

表10数据可知，随着木质纤维素加量的增加，絮凝效果就越明显，而且沉积后泥渣的过滤性能更加优异，但当木质纤维素加量超过0.5％时，絮凝效果和过滤速度趋于平缓，因此，优选的，木质纤维素选择加量为聚丙烯酰胺CGC溶液的重量的0.5％～1.0％，更优选的，木质纤维素选择加量为0.5％。

实施例：富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂用量的选择

配制质量浓度为2.5％的聚丙烯酰胺CGC-3絮凝剂溶液，加入絮凝剂溶液重量0.5％絮凝助剂木质纤维素，搅拌120秒，再加入絮凝剂溶液重量1.0％的沉降载体钛精矿粉，搅拌120秒既配成富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂。取6组500mL富钛料酸解钛液，分别加入30mL、35mL、40mL、45mL、50mL的富钛料，搅拌120秒，静置120min后，检测沉降高度、上层清液过滤速度、清洁度和泥渣过滤性能，实验数据见表11：

表11富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂加量的选择

多元复合絮凝沉降剂加量(％)	30	35	40	45	50
						沉降120min高度(mm)	50	70	70	70	70
清液过滤速度(ml/min)	33	63	75	87	87
						清洁度(目视)	不合格	合格	合格	合格	合格
泥渣抽滤速率(滴/min)	10	16	17	17	17

由表11数据可以看出，增大富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂用量，沉降速率加快，效果越明显，沉积后的泥渣过滤性能约优异，当加量超过35mL时，各项指标趋于平缓，因此，优选的，富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂与富钛料酸解后的酸解钛液的体积比为7～10：100；从成本角度考虑，以最少的加量获得最佳的效果，因此，更优选的，富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂与富钛料酸解后的酸解钛液的体积比为7：100。

Claims (10)

1.富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂，其特征在于：包含以下质量份的组分：絮凝剂：0.5～3.0份，沉降载体：0.2～2.0份，助剂：0.2～2.0份，水：97.0～99.5份，且絮凝剂与水的总质量份为100份。

2.根据权利要求1所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂，其特征在于：所述絮凝剂为1.5～2.5份，所述水为97.5～98.5份；所述沉降载体为0.5～1.5份；所述助剂为0.5～0.1份。

3.根据权利要求1或2所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂，其特征在于：所述絮凝剂为有机合成高分子絮凝剂或有机天然高分子絮凝剂，且所述絮凝剂的分子量为8万～15万；其中，所述有机合成高分子絮凝剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚氧乙烯、聚乙烯胺、聚乙烯磺酸盐中的至少一种；所述有机天然高分子絮凝剂为淀粉磷酸酯淀粉、黄原酸脂、壳聚糖、甲壳素类絮凝剂中的至少一种；优选的，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺。

4.根据权利要求1或2所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂，其特征在于：所述沉降载体为钛铁矿、钛精矿、赤铁矿、磁铁矿、钒钛磁矿、石膏、石英中的至少一种；所述沉降载体的粒度为150目～300目；优选的，所述沉降载体为钛精矿。

5.根据权利要求1或2所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂，其特征在于：所述助剂为硅藻土、珍珠岩、纤维素、石棉、石墨粉、锯屑、氧化镁、石膏、活性炭、酸性白土、木炭粉、木粉、木质纤维素中的至少一种；优选的，所述助剂为木质纤维素。

6.权利要求1～5任一项所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

按配比，将絮凝剂完全溶解于水中，然后加入沉降载体和助剂，搅拌均匀，即得富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂。

7.权利要求1～5任一项所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

向富钛料酸解钛液中加入富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂，混合均匀后，静置，酸解钛液出现分层，将上层清液和下层泥渣分别进行分离，合并液相即可。

8.权利要求7所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂的使用方法，其特征在于：所述富钛料酸解钛液的总钛浓度为180～240g/L；所述富钛料酸解钛液的温度为50～65℃。

9.权利要求7或8所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂的使用方法，其特征在于：所述富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂与富钛料酸解钛液的体积比为6～12：100；优选的，所述富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂与富钛料酸解钛液的体积比为7～10：100。

10.权利要求7所述的富钛料酸解钛液多元絮凝沉降剂的使用方法，其特征在于：所述静置的时间为0.5～3h。