一种用低浓度碱液制备钛白粉的方法技术

本发明专利技术提出了一种用低浓度碱液制备钛白粉的方法，将含钛原料与强碱溶液混合，在加压条件下150～250℃温度下反应，得到反应中间产物；其中，所述强碱溶液中碱的质量百分比浓度为50%以下，并且控制强碱溶液中的碱与含钛原料中所含的TiO2的摩尔比为2.0:1～10.0:1；所得反应中间产物为钛的碱金属盐，该盐具有较佳的酸溶性，用一定比例硫酸溶解后可形成硫酸氧钛溶液，该硫酸氧钛溶液再经过水解、煅烧得到钛白粉粗品，再经过表面处理后可制备出颜料性能优良的钛白粉。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提出了，将含钛原料与强碱溶液混合，在加压条件下150～250℃温度下反应，得到反应中间产物；其中，所述强碱溶液中碱的质量百分比浓度为50%以下，并且控制强碱溶液中的碱与含钛原料中所含的TiO2的摩尔比为2.0:1～10.0:1；所得反应中间产物为钛的碱金属盐，该盐具有较佳的酸溶性，用一定比例硫酸溶解后可形成硫酸氧钛溶液，该硫酸氧钛溶液再经过水解、煅烧得到钛白粉粗品，再经过表面处理后可制备出颜料性能优良的钛白粉。【专利说明】
本专利技术是关于一种钛白粉及其制备方法，具体是关于及所得钛白粉，可以采用稀碱液与钛矿、钛渣为原料制备钛白粉粗品，属于无机化工产品制备和矿产资源加工领域。
技术介绍
钛白粉作为一种最好的白色颜料广泛应用于涂料、橡胶、造纸、合成纤维等行业，是化学工业中一种重要的原料。世界上90%的钛资源用来制造钛白粉，其主要的商业化生产方法有两种，即硫酸法和氯化法，由于两种制备工艺各有其特点，在以后的工业化生产中两种工艺将长期存在，不会出现完全由一种工艺占绝对比例的现象。除了上述两种钛白粉工业化生产方法外还有盐酸法，盐酸法萃取法，混合法(即氯钛酸钾法)，磷酸法，硝酸法，矿石用氢氟酸处理然后加入碱制得氟钛酸盐再水解的方法，矿石与芒硝、硫酸铵、氟化钠共熔制得氟化钛再水解的方法，矿石与苛性钠共熔制得偏钛酸钠再水解的方法等，不过这些方法均由于成本和可操作性等原因未能实现工业运行。2005年中国科学院过程工程研究所开始研究并提出了一种亚熔盐法钛白生产新工艺，其中是采用强碱的熔盐或亚熔盐与钛矿、钛渣在常压下反应，反应温度200~600°C，反应转化率大于99%，回收后的碱经高浓蒸发浓缩后再循环利用，实现了源头减废清洁生产的目的。然而，此类工艺尽管已经完成了工业化试验，且生产出的钛白质量优于硫酸法，但该工艺表现出能耗高，特别是碱液回收需将稀碱液蒸发至90%以上再返回反应工序再利用，因此过高的能耗大大增加了成本，严重影响该工艺的应用与推广。
技术实现思路
本专利技术的一个目的主要是针对现有技术钛白粉的生产方法中所存在的能耗过高而难以推广应用的问题，提供一种新的`制备钛白粉的方法，降低亚熔盐钛白技术的能耗、成本,简化流程,并实现工业大规模放大。本专利技术的另一目的在于提供按照上述方法制备得到的钛白粉。为达上述目的，一方面，本专利技术提供了一种钛白粉的制备方法，该方法主要是采用含钛原料与稀碱溶液在一定温度和压力下反应，反应料再经过洗涤，酸溶解制备钛液，钛液水解生成偏钛酸，再经煅烧制备成钛白粉。具体地说，本专利技术提供了一种制备钛白粉的方法，该方法包括以下步骤:(I)将含钛原料与强碱溶液混合，在加压条件下(优选为0.4MPa以上压力)、150~250°C温度下反应，得到反应中间产物；其中，所述强碱溶液中碱的质量百分比浓度为50%以下；并且，控制强碱溶液中的碱与含钛原料中所含的TiO2的摩尔比为2.0:1~10.0:1 ;(2)将步骤(1)得到的反应中间产物用水进行洗涤、过滤，得到碱溶液与水洗后的固体中间产物；(3)将步骤(2)水洗后得到的固体中间产物用无机酸进行溶解，控制体系的pH值为0.1~0.4，得到钛液；其中，所述无机酸为硫酸；(4)将步骤(3)得到的钛液在105~120°C进行水解，水解产物过滤，得到白色的偏钛酸；(5)将步骤(4)得到的偏钛酸在850~1000°C温度下煅烧，制得钛白粉。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的制备钛白粉的方法中，所述含钛原料可以为钛矿和/或钛渣，其中二氧化钛的含量为10wt%~95wt%。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的制备钛白粉的方法中，步骤(1)强碱溶液中的碱为氢氧化钠。优选条件下强碱溶液中碱的质量百分比浓度为20%~30%。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的制备钛白粉粗品的方法中，所述步骤(1)中含钛原料与强碱溶液的混合体系是在0.4MPa以上压力、150~250°C温度下反应I~12小时得到固态的反应中间产物。本专利技术中，通过步骤(1)的反应，可以达到钛转化率在99%以上。根据本专利技术的优选实施方案，反应条件可控制为:0.7MPa~1.5MPa、150~250°C反应2~5小时。 根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的制备钛白粉的方法中，步骤(2)对反应中间产物洗涤后得到的碱液可以经除杂、浓缩后返回步骤(1)用作与含钛原料混合的强碱溶液(控制溶液中碱的质量百分比浓度为50%以下，优选为20~30%)。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的制备钛白粉的方法中，步骤(5)中可以是先将步骤(4)得到的偏钛酸用盐处理(例如添加磷0.5%、钾0.2%和/或铝0.2%)后再在850~1000°C温度下煅烧制得钛白粉。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的制备钛白粉的方法中，步骤(5)中煅烧的时间为3~6小时。本专利技术的制备钛白粉的方法中，步骤(5)中煅烧后的产物即为钛白粉粗品，为无定型的钛化合物和不完整晶型金红石结构，其XRD结构分析可参考图1。根据本专利技术的具体实施方案，该钛白粉粗品可进一步经过砂磨、表面处理、烘干、粉碎等常规操作步骤后可制备出颜料性能优良的钛白粉。 本专利技术采用钛矿和钛洛为原料在较低温度下与低浓度碱液反应制备钛白粉的方法，二氧化钛收率在95%以上，产品二氧化钛含量在95%以上，具有良好的收率和较高的纯度。本专利技术的制备钛白粉的方法中，未详细提及的操作例如碱液的除杂、浓缩、偏钛酸的盐处理以及钛白粉粗品的砂磨、表面处理、烘干、粉碎等过程均可以参照所属领域的常规操作进行。另一方面，本专利技术还提供了按照本专利技术所述的方法制备得到的二氧化钛。该钛白粉为锐钛型或者金红石型，具有较高的纯度(80%Ti02含量的原料可制得99.5%以上二氧化钛产品)。综上所述，本专利技术提供了，本专利技术制备技术的优点在于，采用低温、低浓度碱液反应，高效转化钛组分为可溶性钛化合物，反应产物酸溶生成硫酸氧钛溶液，再经过水解、煅烧后可以制备锐钛型或金红石型二氧化钛(钛白粉粗品)，此外，该方法中回收的碱液可经除杂、浓缩至反应浓度即可实现循环利用。该方法生产流程简单，整个过程避免了高浓碱液循环蒸发，大大降低了能耗和成本，操作简便，效果明显，具有工业化操作性。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术的反应产物金红石型二氧化钛的XRD图。【具体实施方式】以下通过具体实施例详细说明本专利技术技术方案的实施和所具有的有益效果，但不能认定为对本专利技术的可实施范围的任何限定。实施例1将TiO2含量为92% (wt)的钛渣粉碎至200目以下，按所含TiO2与氢氧化钠质量比为1:2.0加入到氢氧化钠浓度为20%的溶液中，在200°C压力13atm下反应2小时，反应结束后过滤取出滤饼，将滤饼水洗回收碱，回收的碱液与过滤后的碱液合并为浓度12%氢氧化钠溶液，该溶液经过钙除杂、浓缩到20%可以返回反应步骤循环使用。经检测，本实施例中，该反应钛转化率为99.5%。上述水洗后的滤饼用硫酸溶解，控制体系的pH值为5，制备成硫酸氧钛溶液，浓度230g/L，F值1.8，稳定 性大于400，该钛液在110°C热水解，将水解产物过滤，得到白色偏钛酸再添加0.3%磷、0.2%钾、0.2%铝盐后在900°C煅烧4个小时得到锐钛型二氧化钛，再经过砂磨、表面处理、烘干和气流粉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备钛白粉的方法，该方法包括以下步骤：（1）将含钛原料与强碱溶液混合，在加压条件下，150～250℃温度下反应，得到反应中间产物；其中，所述强碱溶液中碱的质量百分比浓度为50%以下；并且，控制强碱溶液中的碱与含钛原料中所含的TiO2的摩尔比为2.0:1～10.0:1；（2）将步骤（1）得到的反应中间产物用水进行洗涤、过滤，得到碱溶液与水洗后的固体中间产物；（3）将步骤（2）水洗后得到的固体中间产物用无机酸进行溶解，控制体系的pH值为0.1～0.4，得到钛液；其中，所述无机酸为硫酸；（4）将步骤（3）得到的钛液在105～120℃进行水解，水解产物过滤，得到白色的偏钛酸；（5）将步骤（4）得到的偏钛酸在850～1000℃温度下煅烧，制得钛白粉。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：初景龙，张忠，于广新，徐红军，
申请(专利权)人：天津致远投资集团有限公司，
类型：发明
国别省市：