一种用钛铁矿制备二氧化钛和氧化铁的方法技术

本发明专利技术涉及一种用钛铁矿制备二氧化钛和氧化铁的方法，将钛铁矿破碎和粉磨后与硫酸铵按比例混料，将混合后的物料进行熔融反应后得到块状固体和氨气，将块状固体置于EDTA的水溶液中进行溶解和过滤，向滤液中通入氨气使钛沉淀，向母液中通入氨气从而获得氧化铁。本发明专利技术原料来源广泛，一次性整体利用钛铁矿，并实现中间产物循环利用，降低了原材料和水的消耗，具有无二次污染，工艺简单，操作条件温和，成本低，产品附加值高，经济效益高等优点。

Method for preparing titanium dioxide and ferric oxide from ilmenite

The invention relates to a method for preparing titanium dioxide and ferric oxide with titanium ore, titanium iron ore crushing and grinding after ammonium sulfate and proportionally mixing, mixing materials after melting reaction to obtain the bulk solid and ammonia water solution of bulk solids under EDTA's was dissolved and filtered, the filtrate. Ammonia gas in titanium precipitation to the mother liquor of NH3 to obtain iron oxide. The invention has wide raw material sources, the integral utilization of ilmenite, and realize the recycling of intermediate products, reducing raw material and water consumption, with no two pollution, simple process, mild operating condition, low cost, high added value, high economic efficiency.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于冶金
，主要涉及一种综合利用钛铁矿制备二氧化钛和氧化铁的方 法，特别是涉及一种用铁的百分含量高的钛铁矿来制备二氧化钛和氧化铁的方法。
技术介绍
目前，世界钛资源的90%以上用于生产钛白粉，而硫酸法和氯化法是目前工业生产钛 白粉的两种工艺，但传统硫酸法工艺流程长、工艺复杂，且有新的废弃与新的污染，特别是 废酸对环境污染极其严重，已成为我国钛白行业发展的瓶颈；氯化法工艺流程短、产品档次 高，但对原料要求苛刻，要求钛精矿中钙和镁总含量必须控制在0. 5%以内，故原料来源困 难，且需要1000 1500°C高温氯化和氧化过程，技术难度大，此外，该法物料和产物大都具 有一定毒性和腐蚀性，如Cl2, TiCl4及其他氯化物，产生的废弃物需经过深井填埋处理。我国的钛资源极其丰富遍布全国20多个省市自治区，其中大部分是钛铁矿，但 品位低，钙和镁等杂质含量高，不适宜采用氯化法，因此找到一条适合我国钛资源特点的冶 金新工艺势在必行。钛白粉(TiO2)是一种性能优良的白色颜料，广泛用于涂料、塑料、造纸等行业。钛 白粉中有些杂质即使含量甚微也会对其白度产生明显的不良影响，如铁、铬、锰等。杂质的 有害影响不仅由于混入杂质本身的显色作用，而且由于杂质离子尤其是重金属离子的存 在，使钛白粉晶格扭曲或变形失去对称性而发生作用。其中铁的影响最为严重，对于硫酸法 生产钛白，Fe3+在金红石型钛白粉中的含量大于0.002%时会呈现色彩，在锐钛型钛白粉中 的含量大于0. 006%时会呈现色彩。所以在生产钛白的过程中，有效去除铁至关重要。专利申请号为200810101968. 8的技术以KOH亚熔盐为反应介质，研究了钛铁矿在 KOH亚熔盐体系中的分解，但该工艺存在如下缺点(1)有新的废弃与新的污染，造成了部 分矿物资源的流失；(2)工艺过程中有KOH蒸气挥发，会产生较严重的空气污染及操作人员 中毒等问题，如果考虑回收KOH蒸气将大大增加工艺的复杂程度和成本，且KOH具有强腐蚀 性，对设备腐蚀严重，生产上不安全；(3)亚熔盐介质易被钛铁矿中的铬、锰等杂质元素污 染；(4)工艺过程复杂，特别是萃取和反萃取易造成铁的损失；(5)工艺中所用萃取剂用量 大，成本高；(6)未提及副产物氧化铁的纯度。专利申请号为201010576256.9的技术提供了一种用含钛高炉渣制备TiO2的方 法，该工艺以氨气作为沉淀剂，将含钛滤液中的钛沉淀为TiO2,但该方法仅适用于含钛高炉 渣这种铁含量(重量百分比)不高的矿物原料，如将该方法应用于钛铁矿这种铁含量(重量 百分比)高的矿物原料，则存在这一问题因含钛滤液中的铁浓度高，故将氨气通入含钛滤 液时，铁以氢氧化铁的形式沉淀并混入TiO2，不仅造成了部分铁的流失，而且导致TiO2纯度 大大降低，因此找到一条适合钛铁矿特点的冶金新工艺势在必行。
技术实现思路
1、专利技术目的本专利技术针对上述现有技术存在的不足，提供了一种用钛铁矿制备二氧化钛和氧化铁的 方法，充分利用了钛和铁的资源，降低了原料消耗，不产生二次污染，提高了 TiO2的纯度。2、技术方案本专利技术是通过以下技术方案来实现的，其特征在于该方法按以下步骤进行 (1)破碎和粉磨将含铁的重量百分比为24% 36%的钛铁矿经破碎和粉磨得到直径 50 160 μ m的粉末。(2)混料将步骤(1)得到的钛铁矿粉末与硫酸铵混合均勻，物料混合按重量百分 比为钛铁矿粉末硫酸铵=1:5 12。(3)熔融将步骤(2)得到的混勻的物料升温至300 420°C并保温10 45min， 得到块状固体和氨气。(4)溶解和过滤将步骤(3)所获得的块状固体置于浓度为0. 1 0. 3mol/L的 EDTA的水溶液中溶解，使块状固体中的铁与EDTA发生螯合反应，形成稳定的螯合物，且 EDTA与块状固体中的铁的摩尔比为1. 05 1. 6:1，然后过滤得到滤液和残渣，滤液中水溶 性钛占钛铁矿中钛的总重量的百分比> 90 %，水溶性铁占钛铁矿中铁的总重量的百分比 ^ 96%，残渣返回步骤(2)用作钛铁矿粉末；EDTA加入量(即EDTA与铁的摩尔比)太少则不 能与铁完全螯合，倍数太大没有必要，反而浪费原料，EDTA的水溶液中EDTA浓度为0. 1 0. 3mol/L，如果浓度太低会造成反应不完全或反应速度慢，0. 3mol/L是饱和浓度。EDTA为 乙二胺四乙酸或者其二钠盐。(5)钛的沉淀向步骤(4)得到的滤液中通入步骤(3)得到的氨气，使滤液中的钛 沉淀，在钛沉淀的过程中，控制pH为1. 4 2. 7，温度为40 80°C，并将沉淀物在720 860°C灼烧30 180min，得到金红石型二氧化钛；以二氧化钛形式沉淀的钛占滤液中钛总 重量的百分比彡99% ；以氧化铁形式沉淀的铁占滤液中铁总重量的百分比< 0. 0005%。(6)氧化铁的制备步骤(5)滤液中的钛沉淀并分离后残余的溶液即为母液，向步 骤(5)中钛沉淀并分离后含铁的母液中通入步骤(3)得到的氨气，调节pH为6. 8 7. 5，并 将母液在400 520°C灼烧30 60min，获取氧化铁；将灼烧过程中产生的气态物质冷却， 得到硫酸铵，将硫酸铵返回到步骤(2)进行循环再利用。所获得的氧化铁的晶型为纳米氧化铁，不同于普通氧化铁。所获得的产物二氧化钛重量纯度> 99. 5% ；氧化铁重量纯度> 99%。3、优点及效果本专利技术提出的，具有如下优点 将熔融反应所获块状固体直接置于EDTA的水溶液中溶解，并在钛的沉淀过程中控制 PH和温度，选择性地使钛沉淀，而铁不沉淀，因而产物二氧化钛和氧化铁纯度高，实现了钛 铁矿中钛和铁的彻底分离，是现有技术无法实现的；同时，熔融反应所获块状固体经溶解和 过滤产生的残渣用作原料钛铁矿粉末，避免了新的废弃与资源浪费。将含Fe母液在400 520°C灼烧30 60min后获取的氧化铁，其晶型为纳米氧化 铁，不同于普通氧化铁，故具有特殊的物理化学性质和用途，大大提高了产品的附加值，是 现有技术无法实现的。将钛的沉淀物在720 860°C灼烧30 180min，得到金红石型二氧化钛，大大提 高了产品的附加值，具有可观的经济效益。一般认为，欲从含钛矿物原料中分离铁并制备高纯度二氧化钛，铁的百分含量越高，其处理的难度越大。因此，对铁的重量百分比为24% 36%的含钛矿物，如钛铁矿的处 理工艺一直是研究的空白，本专利技术很好的实现了钛铁矿中钛和铁的彻底分离，是技术上显 著的进步。综上所述，本专利技术的原料来源广泛，一次性整体利用钛铁矿，并实现中间产物循环 利用，降低了原材料和水的消耗，无二次污染，工艺简单，操作条件温和，成本低，产品附加 值高，经济效益高。既解决了生产高纯度钛白的过程中有效去除铁的问题，又合理利用了钛 和铁等资源，且本专利技术方法易于实现工业化生产，具有可观的环境效益、社会效益和经济效益附图说明图1为本专利技术工艺流程方块图。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术作详细说明，但本专利技术的保护范围不仅限于下述的实施例。实施例1 ，其特征在于该方法按以下步骤进行(1)破碎和粉磨将含铁的重量百分比为36%的钛铁矿经破碎和粉磨得到直径160μ m 的粉末；(2)混料按重量百分比为钛铁矿粉末硫酸铵=1本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用钛铁矿制备二氧化钛和氧化铁的方法，其特征在于：该方法按以下步骤进行：（１）破碎和粉磨：将钛铁矿经破碎和粉磨得到直径５０～１６０μｍ的粉末；（２）混料：将步骤（１）得到的钛铁矿粉末与硫酸铵混合均匀，物料混合按重量百分比为钛铁矿粉末：硫酸铵＝１：５～１２；（３）熔融：将步骤（２）得到的混匀的物料升温至３００～４２０℃并保温１０～４５ｍｉｎ，得到块状固体和氨气；（４）溶解和过滤：将步骤（３）所获块状固体置于浓度为０．１～０．３ｍｏｌ／Ｌ的ＥＤＴＡ的水溶液中溶解，使块状固体中的铁与ＥＤＴＡ发生螯合反应，且ＥＤＴＡ与铁的摩尔比为１．０５～１．６：１，然后过滤得到滤液和残渣，残渣返回步骤（２）用作钛铁矿粉末；（５）钛的沉淀：向步骤（４）得到的滤液中通入步骤（３）得到的氨气，使滤液中的钛沉淀，并在７２０～８６０℃灼烧３０～１８０ｍｉｎ，得到金红石型二氧化钛；（６）氧化铁的制备：向步骤（５）中钛沉淀后的母液中通入步骤（３）得到的氨气，调节ｐＨ为６．８～７．５，并将母液在４００～５２０℃灼烧３０～６０ｍｉｎ，获取氧化铁；将灼烧过程中产生的气态物质冷却，得到硫酸铵，将硫酸铵返回到步骤（２）进行再循环利用。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：薛向欣，张悦，杨合，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：89