CN102586628A - 以氟钛酸钠为中间原料生产海绵钛并同步产出钠冰晶石的循环制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以氟钛酸钠为中间原料生产海绵钛并同步产出钠冰晶石的循环制备方法,包括步骤:A)往钛铁精矿中加入氢氟酸反应生成氟钛酸;B)往氟钛酸中加入碳酸钠和氢氧化钠,获得氟钛酸钠;C)将氟钛酸钠放入反应器中,加入铝反应生成海绵钛和钠冰晶石;或者将铝放入反应器中,加入氟钛酸钠反应生成海绵钛和钠冰晶石;D)将钠冰晶石抽出,与浓硫酸送入旋转反应釜中,反应生成氟化氢气体以及硫酸钠、硫酸铝钠,收集氟化氢气体并溶于水得到氢氟酸溶液;E)所获得的氢氟酸循环至步骤A中用于对钛铁精矿实施浸取。本发明可对副产物钠冰晶石循环利用,缩短了海绵钛制备的工艺流程,降低了综合生产成本,提高了生产效率,减少了环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及海绵钛的制备方法,尤其涉及一种以氟钛酸钠为中间原料生产海绵钛并同步产出钠冰晶石的循环制备方法。
背景技术
钛铁精矿是提炼钛的最主要矿物原料。现有的海绵钛制备方法以钛铁精矿为起始原料,通过还原熔炼法、氯化熔炼法、预还原盐酸浸出法或预还原硫酸浸出法得到富钛料,再以富钛料与焦炭、氯气在1000℃左右的高温条件下反应生成的四氯化钛为中间原料,通过镁热还原法(Kroll法)或钠热还原法(Hunter法)制备海绵钛。还原熔炼法需要1700~1800℃的高温,使用焦炭还原后得到富钛料;氯化熔炼法需要1000℃左右的高温,使用焦炭和氯气反应后得到富钛料;预还原盐酸浸出法需要在1200℃左右的高温下,使用焦炭预还原后,再用盐酸浸取,对生成的钛酸加热脱水后得到富钛料;预还原硫酸浸出法需要在1200℃左右的高温下,使用焦炭预还原后,再用硫酸浸取,对生成的钛酸加热脱水后得到富钛料。四氯化钛通过镁热还原法(Kroll法)或钠热还原法(Hunter法)制备海绵钛的同时会产生相应的氯化盐副产物,需采用熔融电解的方式才能达到金属和氯气的分离并循环使用的目的。
因此,现有的技术以四氯化钛为中间原料制备海绵钛存在工艺复杂,反应条件苛刻,设备投资要求高,生产周期较长,生产成本较高,氯气的使用不利于环保等缺点。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题,发明人在中间原料的选择以及副产物的循环处理方面进行了大量的探索,预料不到地发现,以氟钛酸钠为中间原料生产海绵钛工艺简单,可实现副产物的循环利用,降低了生产成本并减少了环境的污染。
本发明提供一种以氟钛酸钠为中间原料生产海绵钛并同步产出钠冰晶石的循环制备方法,包括如下步骤:
A) 往钛铁精矿中加入氢氟酸,在100~200℃的反应条件下生成氟钛酸;涉及的主要化学反应为:6HF+TiO2=H2TiF6+2H2O;
B) 往氟钛酸中加入碳酸钠和氢氧化钠的混盐水溶液,控制PH=3~4,分离二价和三价铁的水和氧化物后,进一步添加混盐水溶液至PH=7~8,获得氟钛酸钠溶液,浓缩、结晶、漂洗得到氟钛酸钠中间原料;涉及的主要化学反应为:
C) 将干燥的氟钛酸钠放入反应器中,抽真空后通入惰性气体,升温至780~1000℃,往反应器中加入铝,快速搅拌,反应4~6h,生成海绵钛和钠冰晶石;或者将金属铝放入反应器中,抽真空后通入惰性气体,升温至780~1000℃,往反应器中加入干燥的氟钛酸钠,快速搅拌,反应4~6h,生成海绵钛和钠冰晶石,静置后,上层液体为钠冰晶石,下层的海绵钛可通过酸浸或蒸馏的方式去除表面残留;涉及的主要化学反应为:
D)将熔融的液态钠冰晶石抽出,冷却后破碎与浓硫酸一起定量送入旋转反应釜中,在400~500℃环境下反应,生成氟化氢气体以及硫酸钠、硫酸铝钠的固态混合物,收集氟化氢气体并溶于水得到氢氟酸水溶液;硫酸钠、硫酸铝钠的固态混合物经破碎后与氢氧化钠的水溶液混合反应,分离固体氢氧化铝后得到硫酸钠的水溶液;涉及的主要化学反应为:
E)所获得的氢氟酸水溶液循环至前端用于对钛铁精矿实施浸取,以达到循环制备中间原料氟钛酸钠的目的。
采用上述技术方案,以氟钛酸钠替代四氯化钛作为制备海绵钛的中间原料,工艺简单,反应条件较温和,生产流程短,得到的副产物钠冰晶石仅需工业浓硫酸、氢氧化钠等常规工业化学原料即可实现氟钛酸钠的循环再生,无需使用氯气,无需进行熔融电解,降低了生产成本,减少了环境的污染。
由于采用上述技术方案,克服了现有技术存在的工艺复杂,设备投资要求高,生产成本高,生产周期较长,并且容易导致环境污染等缺点。
作为本发明的进一步改进,所述步骤C中,铝为液态铝,以滴加的方式加入反应器中,或者先将金属铝放入反应器中,经融熔后向反应器流加干燥的氟钛酸钠,本反应的完成度可达大于或等于95%。
作为本发明的进一步改进,所述步骤C中,惰性气体为氩气。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:以氟钛酸钠为中间原料,制备工艺简单,生产周期短,提高了生产效率;副产物为钠冰晶石,商业价值高,应用前景好,可作为中间原料氟钛酸钠循环再生的来源,实现了资源的充分再生利用,无需进行熔融电解,降低了海绵钛的生产综合成本,减少了环境的污染。
附图说明
图1 为本发明海绵钛制备工艺路线图。
图2 现有流行的海绵钛制备工艺路线图。
图3 为本发明海绵钛制备的工艺流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例一
将1吨钛铁精矿粉置于反应釜中,加入体积分数为10%的氢氟酸4.5吨,在120℃条件下充分反应,生成氟钛酸,待氟钛酸冷却后,加入质量分数为10%的碳酸钠和氢氧化钠的混盐水溶液5吨,控制PH=3~4,分离二价和三价铁的水和氧化物后,进一步添加混盐水溶液2吨至PH=7~8,获得氟钛酸钠溶液,浓缩、结晶、漂洗得到氟钛酸钠中间原料,经干燥后称重,将氟钛酸钠置于另一反应器中,抽真空后通入氩气保护,升温至800℃~1000℃,按反应比例往反应器中缓慢滴加铝液,快速搅拌,反应5h,生成海绵钛和钠冰晶石,打开反应器盖,用虹吸泵抽出上层的钠冰晶石,下层的海绵钛通过1000℃真空蒸馏得到纯化,得纯化后的海绵钛;钠冰晶石冷却后破碎,称重,按反应比例加入浓硫酸,在400~500℃反应完全,生成的氟化氢气体冷凝收集后溶于水得到氢氟酸。
实施例二
将1吨钛铁精矿粉置于反应釜中,加入体积分数为10%的氢氟酸4.5吨,在120℃条件下充分反应,生成氟钛酸,待氟钛酸冷却后,加入质量分数为10%的碳酸钠和氢氧化钠的混盐水溶液5吨,控制PH=3~4,分离二价和三价铁的水和氧化物后,进一步添加混盐水溶液2吨至PH=7~8,获得氟钛酸钠溶液,浓缩、结晶、漂洗得到氟钛酸钠中间原料,经干燥后称重;按反应比例称取铝置于另一反应器中,抽真空后通入氩气保护,升温至800℃,往反应器中加入干燥后的氟钛酸钠,快速搅拌,反应5h,生成海绵钛和钠冰晶石,打开反应器盖,用虹吸泵抽出上层的钠冰晶石,下层的海绵钛通过1000℃真空蒸馏得到纯化,得纯化后的海绵钛;钠冰晶石冷却后破碎,称重,按反应比例加入浓硫酸,在400~500℃反应完全,生成的氟化氢气体冷凝收集后溶于水得到氢氟酸。钠冰晶石与浓硫酸反应物经破碎后用水溶解,加入计算量的10%浓度的氢氧化钠水溶液,过滤除去氢氧化铝后即得到硫酸钠的水溶液。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种以氟钛酸钠为中间原料生产海绵钛并同步产出钠冰晶石的循环制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
A)往钛铁精矿中加入氢氟酸,在100~200℃反应生成氟钛酸;
B)往氟钛酸中加入碳酸钠和氢氧化钠的混盐水溶液,控制PH=3~4,分离二价和三价铁的水和氧化物后,进一步添加混盐水溶液至PH=7~8,获得氟钛酸钠溶液,浓缩、结晶、漂洗得到氟钛酸钠中间原料;
C)将干燥的氟钛酸钠放入反应器中,抽真空后通入惰性气体,升温至780~1000℃,往反应器中加入铝,快速搅拌,反应4~6h,生成海绵钛和钠冰晶石;或者将金属铝放入反应器中,抽真空后通入惰性气体,升温至780~1000℃,往反应器中加入干燥的氟钛酸钠,快速搅拌,反应4~6h,生成海绵钛和钠冰晶石;
D)将熔融的液态钠冰晶石抽出,冷却后破碎与浓硫酸一起定量送入旋转反应釜中,在400~500℃环境下反应,生成氟化氢气体以及硫酸钠、硫酸铝钠的固态混合物,收集氟化氢气体并溶于水得到氢氟酸水溶液;硫酸钠、硫酸铝钠的固态混合物经破碎后与氢氧化钠的水溶液混合反应,分离固体氢氧化铝后得到硫酸钠的水溶液;
E)所获得的氢氟酸水溶液循环至前端用于对钛铁精矿实施浸取,以达到循环制备中间原料氟钛酸钠的目的。
2.根据权利要求1所述的以氟钛酸钠为中间原料生产海绵钛并同步产出钠冰晶石的循环制备方法,其特征在于:所述步骤C中,铝为液态铝,以滴加的方式加入反应器中或者将干燥流动态的氟钛酸钠以可计量流动的方式加入反应器中。
3.根据权利要求1所述的以氟钛酸钠为中间原料生产海绵钛并同步产出钠冰晶石的循环制备方法,其特征在于:所述步骤C中,惰性气体为氩气。
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120718 |