硫酸法钛白粉的生产酸解浸取还原.docx

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硫酸法钛白粉的生产酸解浸取还原

硫酸法钛白粉的生产--酸解、浸取、还原

一、酸解方式

   按照参与反映的硫酸浓度和最终反映产物的状态，钛铁矿酸解的方式有液相法、两相法和固相法三种。

   1.液相法

   采用55%-65％的硫酸，酸解反映在液相进行，反映温度为130℃-140℃，反映时刻为12-16h,为了避免初期水解，酸比值（F）控制在，直接取得硫酸钛溶液。

   2.两相法

   采用65%-80％的硫酸，反映温度为150-200℃，反映时刻为6-8h，F值控制在.2，加热至有沉淀析出为止，所得产物呈糊状，加水浸取后，生成悬浮溶液，反映率达85％一90％。

   3.固相法

   采用80％以上的硫酸，反映猛烈迅速，在5-30min内完成，反映最高温度达250℃，由于硫酸的沸点为338℃，所以能够适应这一要求。

所得产物为固相物，然后加水浸取为溶液，控制F值在1.6-2.0，最高酸解率可达97％。

   二、固相法酸解的长处

   液相法和两相法酸解的反映时刻长，耗用硫酸多，钛铁矿的分解率低。

与这两种方式比较，固相法具有下列长处：

   ①耗用硫酸量最少；

   ②反映最迅速，可减少加温时刻，缩短生产周期，提高设备利用率和产量，节约燃料；

   ③酸解率最高；

   ④溶液F值比较低，有利于后期水解的进行；

   ⑤设备强度大，生产能力高。

   正是由于固相法酸解的长处多，所以工业生产一般都采用固相法。

   三、酸解发生的化学反映

   钛铁矿的化学组成是偏钛酸亚铁（FeTi03），它是一种弱酸弱碱盐，能与强酸反映，并能进行得比较完全。

硫酸分解铁铁矿的反映一般以为是按下列反映式进行：

   酸解后生成的硫酸钛和硫酸氧钛之间的比例，由酸解条件而定，从反映式

（1）、反映式

（2）能够看出，每生成lmol的硫酸钛，需要2mo1的硫酸，而每生成lmol的硫酸氧钛，只需要1mol的硫酸。

由此可见，硫酸过量得越多，越有利于反映的进行，且生成硫酸钛。

   四、有效酸

   在酸解产物浸取所得的钛液中，硫酸主要以三种形式存在：

①与钛结合的硫酸；②与其他金属（主如果铁）结合的硫酸；③未被结合，多余的游离酸。

由于无法单独测定与钛结合的酸和游离酸，只能测定这二者的总和，因此就把这二者的总和称为有效酸。

               有效酸=与铁结合的酸＋游离酸

   一样的钛液，若是通过浓缩或稀释，其浓度转变了，但其性质仍没有转变。

   五、酸比值及其影响因素，酸比值的高低将产生的影响

   钛液中有效酸与总钛含量之比值称为酸比值，酸比值又称酸度系数，通常常利用F来表示：

   从公式看，游离酸、与钛结合酸和总TiO2含量等三个因素会影响F值。

可是F值只是一个酸比值，它在很多情形下，并非能说明一些本质的问题。

例如，钛液通过浓缩或稀释后，其总TiO2浓度和有效酸浓度转变了，但其性质和F值是维持不变的，溶液中硫酸氧钛与硫酸钛的比值改变时，游离酸也随之而变，可是其F值却不会改变；有效酸的测定由于终点不够明显，也容易出现误差，因此F值只能作为生产参考，对其数值要结合工艺进程进行具体分析。

   F值的高低，除能显示钛液中钛的组成、能评价酸的效果与质量外，还会影响水解速度、水解率和水解产物偏钛酸的结构。

   六、固相法酸解所得钛液可用硫酸氧钛表达

中，既有硫酸钛，也有硫酸氧钛。

能够以为，若是全数是硫酸钛，则其F值应为2.45，再加上铁液中尚有必然量的游离酸，那么，其F值更应该大于2.45。

可是固相法浸取所得的钛液的F值，一般只有，其F值远远没有达到2.45，更没有超过，因此铁液中硫酸钛的含量不会很多，而铁液的F值＜2.45时，都说明其含量是以硫酸氧钛为主。

固相法钛液的F值只有，就可以够用硫酸氧钛表达。

在酸解反映的200℃以上，反映物水和反映生成的水都已蒸发了，具有生成Ti（S04）2的条件，可是用酸矿比为（1.45-1.55）：

1，不足以将钛变成Ti（S04）2，所以在固相物中还存在TiOS04。

Ti（S04）2只存在于固相物，一旦浸取遇水即水解生成TiOS04，因此钛液的钛均以TiOS04的形式存在。

   七、与钛结合酸和游离酸的计算

   固相法酸解得的钛液，一般F值在.0之间，则FOA值就在30.45％-63.07％之间。

F值每相差，则FOA值相差％，利用FOA值来表示，更易于控制。

九、钛液的稳固性及其对生产的影响

   稳固性又称稳固度，就是在钛白粉生产中，铁液在条件转变的情形下，有发生初期水解而析出白色胶体粒子的偏向，这种偏向的强弱程度称为钛液的稳固度。

表示这种偏向强弱的特性称为钛液的稳固性。

钛液的稳固性是以每毫升钛液，用25℃的蒸馏水稀释到刚出现白色浑浊时，所需要蒸馏水的毫升数来表示：

   稳固性是衡量钛液质量好坏的重要指标。

一般颜料级加压水解钛液的稳固性控制在K≥350;常压水解钛液能够放宽到K≥300。

如果出现稳固性差的钛液，则会对钛白粉生产带来下列不良影响：

   ①钛液容易出现初期水解而生成胶体微粒悬浮于钛液中，造成沉降和压滤的困难，以至于影响产量的提高；

   ②钛液产生的含钛胶体微粒，最终要跟残渣一路沉降而被除掉，使钛的回收率降低；

   ③钛液属于非颜料级钛液，只能生产出低档的搪瓷钛白粉，这种钛白粉价钱较低；

   ④钛液后期水解所生成的偏钛酸，有一部份粒子较小，容易造成水洗穿滤流失，直至锻烧时从烟囱飘散很多，使回收率降低；

   ⑤这种钛液本身就已经产生初期水解而生成有胶体微粒，这种胶体微粒极易穿过滤层而存在于钛液中，到后期水解时，成为不良的结晶中心，使水解取得的偏钛酸粒子大小不均匀，容易吸附较多杂质，不仅使水洗时刻延长而影响产量，还使产品带色影响白度。

同时不规则的小颗粒多，还会造成锻烧时易烧结，而使产品的白度、消色力和分散性能降低，影响到产品的质量。

   十、钛液的初期水解及影响钛液稳固性的因素

   一般来讲，从酸解后到未进行后期正式水解之前，钛液中不该含有偏钛酸和正钛酸这两种胶体粒子，可是有时在钛液的浸取、还原、输送和寄存进程中，由于操作不妥或条件转变，而在钛液中出现上述两种白色胶体物质，这种现象称为钛液的初期水解。

   要想了解影响钛液稳固性的因素，还得从钛铁矿的酸解和钛液的水解中去找原因。

   1.由酸解的反映式

（1）、反映式

（2）比较可知，在相同的钛铁矿下，反映式

（1）用酸多，取得的是稳固的硫酸钛，而反映式

（2）用酸少，取得的是不稳固的硫酸氧钛，说明酸解时用酸多对提高铁液的稳固性有利处。

   钛液水解的主要反映式如下：

   从反映式（7）、反映式（8）、反映式（9）可知，三个水解反映都生成新硫酸，说明钛液中酸多会使水解反映可逆，能够抑制初期水解的发生。

所以酸解时用酸较多或浸取时加废酸较多，使钛液中含酸浓度增大，对提高钛液的稳固性有利处。

   从实验可知，取浓钛液1mL,测得其稳固性为400；若取一样的浓钛液1mL，再加人浓硫酸1滴，结果测得其稳固性为450，说明多加酸其稳固性会提高。

   2.从水解的反映式（7）、反映式（8）、反映式（9）可知，水是反映物，按化学反映规律，增加反映物会使反映向右进行，增加了水，就增加了反映物，就有利于水解的进行，而使钛液不稳固，说明水多没有利处。

   由反映式（8）、反映式（9）比较可知，在同样的硫酸氧钛的情形下，反映式（9）加水多，反映式（9）在冷的条件下也能发生水解反映。

由此可见，在相同的条件下，钛液越稀（水越多）其稳固性就越差。

   3.从反映式（7）、反映式（8）、反映式（9）三个水解反映式可知，钛液的水解是吸热反映，因此加热会使反映向右进行，会增进钛液发生初期水解而使钛液不稳固。

从实验可知，同是1mL钛液，在12℃，K=500；在25℃，K＝400；在65℃，K＝200；在100℃，K=0。

由此可见，温度上升，钛液的稳固性下降，加热对钛液的稳固性不利。

   综上所述，影响钛液稳固性差的主要原因是酸少、水多、加热。

那么要提高钛液的稳固性，就必需针对钛液的酸度、浓度、温度这三个主要因素进行分析研究并加以控制。

   1．酸度

   酸解用酸多既可提高钛液的稳固性，又可使酸解反映较完全而提高酸解率，可是用酸过量，既会增加硫酸的消耗，增大钛白粉的生产本钱，又会增大后工序钛液后期水解的困难，因为从水解反映式可知，酸多会使水解反映可逆，偏钛酸粒子难以长大，水解率降低，水洗时由于偏钛酸粒子细而出现穿滤流失造成损失。

因此要衡量利弊，优化出一个既使钛液稳固，不至于出现初期水解，又要有利于后期水解的最佳用酸量。

   按照酸解反映式计算，要想取得稳固性高的硫酸钛，则要按反映式

（1）反映，如此其酸矿比是1.932：

1,也就是说，1吨钛铁矿要用1.932吨的硫酸；要想取得稳固性差的硫酸氧钛，则要按反映式

（2）反映，如此其酸矿比是：

1，也就是说，1吨钛铁矿要用1.29吨的硫酸。

除此之外，其他化合物专门是铁的氧化物也要消耗必然量的酸。

一般来讲，酸矿比越大，用酸越多，钛液就越稳固；酸矿比越小，用酸越少，钛液就越不稳固。

从理论分析和实践应用证明，加压水解流程采用酸矿比在：

1为最佳比值；常压水解流程采用的酸矿比在：

1为最佳比值。

究竟采用多少才适宜，还要视钛铁矿的质量、工艺要求的酸度和浸取时是不是加废酸及废酸加人量而定。

     2.浓度

   ①酸的浓度 利用硫酸的浓度和控制反映时硫酸的浓度，对铁液的稳固性影响较大。

使历时硫酸其浓度大于96％时，酸解反映所取得的固相物硬实，多孔性差，浸出时很难溶解，所得钛液的稳固性会下降，固然酸解率也低；若利用的硫酸浓度小于92％，则酸解后的固相物不易固化，乃至呈糊状，反映不完全，浸出所得的铁液稳固性也差，还会造成沉降等净化的困难，酸解率也不高。

一般利用硫酸的浓度在92％-96％之间为宜。

此刻很多厂家都试探并掌握了浓酸反映的规律而直接采用98％的硫酸进行酸解。

   反映时硫酸的浓度大于90%，则反映温度高，使反映初期的生成物在反映结束时已发生初期水解而使钛液不稳固；反映时硫酸的浓度小于85％，浸取所得铁液的稳固性也差，一般控制反映时硫酸的浓度在85％-90％之间。

实践证明，利用越浓的硫酸，反映时稀释的浓度要偏低限；利用较稀的硫酸，反映时稀释的浓度要偏高限。

不过利用稀酸时，由于酸解加水较少，水与硫酸作用产生的热量少，常常需要用加蒸汽的方式来提高引发烧，才能取得较好的酸解效果。

   ②钛液的浓度 较少、钛液的Ti02浓度较高，溶液不容易析出胶体颗粒，稳固性较好；水太多，浸取的浓度太低，则钛液不稳固，容易发生初期水解，同时对后期水解产物偏钛酸的颗粒大小和结构也会产生不良影响，还会增加浓缩的工作量。

为此在加水浸取时，必需严格控制，相对密度一般控制在1.5-1.55之间，即总Ti02含量要≥120g/Lo为了减少水分，在将钛液结晶时，除去大部份硫酸亚铁的同时，也带走了大量的结晶水，使钛液的总Ti02浓度取得提高，有利于钛液稳固性的提高。

为了减少水分，还必需将钛液进行浓缩，使其继续除去一部份水，使总Ti02含量达到（200±5）g/L（加压水解）或215-230g/L（常压水解），以利钛液浓度增大、稳固性提高和后期水解时制出具有优越颜料性能的钛白粉。

   基于酸度小、浓度低（水多）会引发钛液稳固性差，易出现初期水解现象，因此洗残渣、洗硫酸亚铁晶体、洗设备的水，尽可能不用大量的自来水，而用少量的废酸水。

   3.温度 温度上升，钛液的黏度下降，这对杂质颗粒的沉降有利，可是对钛液的稳固性却不利。

因为温度太高，钛液的稳固性下降，会出现初期水解。

钛液要采取负压蒸发浓缩的原因，一就是因为常压蒸发温度高，钛液稳固性下降，专门快就会出现