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、酸解方法

根据参与反应的硫酸浓度和最终反应产物的状态，钛铁矿酸解的方法有液相法、两相法和固相法三种。

1.液相法

采用55%-65％的硫酸，酸解反应在液相进行，反应温度为130℃-140℃，反应时间为12-16h,为了防止早期水解，酸比值（F）控制在3-3.2，直接得到硫酸钛溶液。

2.两相法

采用65%-80％的硫酸，反应温度为150-200℃，反应时间为6-8h，F值控制在1.8-2. 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，反应率达85％一90％。

3.固相法

采用80％以上的硫酸，反应剧烈迅速，在5-30min内完成，反应最高温度达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、固相法酸解的优点

液相法和两相法酸解的反应时间长，耗用硫酸多，钛铁矿的分解率低。与这两种方法比较，固相法具有下列优点：

①耗用硫酸量最少；

②反应最迅速，可减少加温时间，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优点多，所以工业生产一般都采用固相法。

三、酸解发生的化学反应

），它是一种弱酸弱碱盐，能与钛铁矿的化学组成是偏钛酸亚铁(FeTi0

3

强酸反应，并能进行得比较完全。硫酸分解铁铁矿的反应一般认为是按下列反应式进行：

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，从反应式(1)、反应式(2)可以看出，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1 mol的硫酸。由此可见，硫酸过量得越多，越有利于反应的进行，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（主要是铁）结合的硫酸；③未被结合，过剩的游离酸。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，因此就把这两者的总和称为有效酸。

有效酸=与铁结合的酸＋游离酸

同样的钛液，如果经过浓缩或稀释，其浓度变化了，但其性质仍没有变化。

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，通常用F来表示：

从公式看，游离酸、与钛结合酸和总TiO

含量等三个因素会影响F值。

2

但是F值只是一个酸比值，它在很多情况下，并不能说明一些本质的问题。例如，

浓度和有效酸浓度变化了，但其性质和F值钛液经过浓缩或稀释后，其总TiO

2

是保持不变的，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，但是其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过程进行具体分析。

F值的高低，除了能显示钛液中钛的组成、能评价酸的效果与质量外，还会影响水解速率、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。可以认为，如果全部是硫酸钛，则其F值应为2. 45，再加上铁液中尚有一定量的游离酸，那么，其F值更应该大于2. 45。

但是固相法浸取所得的钛液的F值，一般只有1.6-2.0，其F值远远没有达到2. 45，更没有超过2.45，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1.6-2.0，就可以用硫酸氧钛表达。在酸解反应的200℃以上，反应物水和反应生成的水都已蒸发

了，具备生成Ti(S0

4)

2

的条件，但是用酸矿比为(1. 45-1. 55)：1，不足以将钛

变成Ti (S0

4）

2

，所以在固相物中还存在TiOS0

4

。Ti (S0

4

）

2

只存在于固相物，

一旦浸取遇水即水解生成TiOS0

4，因此钛液的钛均以TiOS0

4

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1.6-2. 0之间，则FOA值就在30. 45％-63. 07％之间。F值每相差0.1，则FOA值相差8.15％，使用FOA值来表示，更易于控制。

九、钛液的稳定性及其对生产的影响

稳定性又称稳定度，就是在钛白粉生产中，铁液在条件变化的情况下，

有发生早期水解而析出白色胶体粒子的倾向，这种倾向的强弱程度称为钛液的稳定度。表示这种倾向强弱的特性称为钛液的稳定性。钛液的稳定性是以每毫升钛液，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：

稳定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定性控制在K≥350;常压水解钛液可以放宽到K≥300。要是出现稳定性差的钛液，则会对钛白粉生产带来下列不良影响：

①钛液容易出现早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，最终要跟残渣一起沉降而被除掉，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，这种钛白粉价格较低；

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

⑤这种钛液本身就已经产生早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，使水解得到的偏钛酸粒子大小不均匀，容易吸附较多杂质，不仅使水洗时间延长而影响产量，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、钛液的早期水解及影响钛液稳定性的因素

一般来说，从酸解后到未进行后期正式水解之前，钛液中不应含有偏钛酸和正钛酸这两种胶体粒子，但是有时在钛液的浸取、还原、输送和存放过程中，