CN106957067A - 降低还原铁粉消耗的硫酸法钛白粉酸解方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种硫酸法钛白粉生产工艺，具体公开了一种降低还原铁粉消耗的硫酸法钛白粉酸解方法，本发明采用在酸解工序的加还原铁粉对浸取液进行还原的过程中使用非氧化性压缩气体进行气流搅拌的方法，以降低还原铁粉消耗量。本发明的优点是：1)提出现有酸解工序中存在的问题：使用压缩空气进行气流搅拌导致还原铁粉消耗增加，副产物硫酸亚铁增加；2)提出了问题的解决方案：使用“非氧化性压缩气体”进行气流搅拌，有效的避免二价铁，三价钛在搅拌过程中发生氧化，使得还原效率大幅提高，有效降低单吨产品还原铁粉消耗，减少了废副硫酸亚铁的处理量。

Description

降低还原铁粉消耗的硫酸法钛白粉酸解方法
技术领域
本发明涉及一种钛白粉生产工艺，尤其是一种硫酸法钛白粉生产工艺。
背景技术
钛白粉的生产主要分为氯化法与硫酸法，硫酸法生产钛白粉是将钛精矿与浓硫酸进行酸解反应生产硫酸亚钛，经水解生成偏钛酸，再经煅烧、粉碎即得到钛白粉产品。其生产工艺可概括如下：
(1)酸解：用钛精矿或酸溶性钛渣与硫酸进行酸解反应，得到硫酸氧钛溶液；
(2)水解硫酸氧钛溶液得到粗偏钛酸浆料；
(3)对粗偏钛酸浆料进行水洗、盐处理，得预处理偏钛酸；
(4)煅烧：预处理偏钛酸送入转窑煅烧产出TiO2产品。
此法可生产锐钛型和金红石型钛白粉。硫酸法的优点是能以价低易得的钛铁矿与硫酸为原料，技术较成熟，设备简单，防腐蚀材料易解决。
上述过程中的酸解工序的主要流程为：由硫酸装置送来的95％(或91％)硫酸进入本工序设置的硫酸贮槽经计量加入到预混合槽，与来自原矿粉碎工段经计量后的钛精矿在预混合槽经搅拌充分混合，混合均匀后经分配器放入选定的酸解罐中。酸解反应使钛铁矿中的大部分金属氧化物与硫酸发生反应，其中钛以硫酸氧钛的形式作为分解产物。酸解反应为放热反应，反应放出的热量使酸解罐中的物料温度迅速升高至180℃～200℃左右，温度的升高加速了酸解反应的进行。酸解主反应完成后熟化一定时间，通过仪表计量加水浸取，浸取一段时间加入还原铁粉调整钛液中的三价钛离子含量。该工序可概括如下：
(1)酸解反应：钛精矿与浓硫酸混合发生酸解反应得到固相物；
(2)浸取：向固相物中加水浸取，得到浸取液；
(3)还原：往浸取液中加还原铁粉，还原反应过程中持续搅拌；
(4)除杂：沉降除去固态杂质，得到硫酸氧钛溶液。
该过程中还原铁粉的消耗量很大，每生产1t钛白粉，大约需要消耗80～100kg还原铁粉。
发明内容
为降低还原铁粉的消耗量，从而降低硫酸法钛白粉生产成本，减少铁粉资源浪费，本发明提供了一种降低还原铁粉消耗的硫酸法钛白粉酸解方法。
本发明所采用的技术方案是：降低还原铁粉消耗的硫酸法钛白粉酸解方法，包括以下步骤：
A、酸解反应：钛精矿与浓硫酸混合发生酸解反应得到固相物；
B、浸取：向固相物中加水浸取，得到浸取液；
C、还原：往浸取液中加还原铁粉，还原反应过程中持续搅拌；
D、除杂：除去固态杂质，得到硫酸氧钛溶液；
其特征在于：步骤C还原过程中采用的搅拌方法为向浸取液中通入非氧化性压缩气体进行气流搅拌。
为提高还原效率，目前业内常在还原反应过程中使用压缩空气进行气流搅拌，以常见的130m3酸解锅为例，单批投入钛精矿30吨计，压缩空气的平均流量在1200m3/h左右。
发明人在研究中发现，使用压缩空气搅拌会导致还原铁粉的消耗量增加，原因是压缩空气中含有较多的氧，在酸解操作的还原工序中，大量的空气使得还原铁粉的氧化效率降低，压缩空气中的氧气不仅氧化体系中的二价铁离子还氧化铁粉还原得到的三价钛离子，使得还原效率大大降低，铁粉消耗增加，增加后工序结晶去除硫酸亚铁的负荷，由于铁粉消耗增加，直接导致后续需处理的七水硫酸亚铁量增大，存在较大的工艺隐患。
铁粉还原过程涉及的方程式如下：
Fe+Fe2(SO4)3＝3FeSO4
压缩空气氧化过程涉及的方程式如下：
4FeSO4+O2+2H2SO4＝2Fe2(SO4)3+2H2O
2Ti2(SO4)3+O2+2H2SO4＝2Ti(SO4)2+2H2O
因此本发明中发明人采用非氧化性压缩气体进行酸解还原工序的搅拌，实验证明可有效的避免二价铁，三价钛的氧化问题，使得还原效率大幅提高，有效降低单吨产品还原铁粉消耗，减少了废副硫酸亚铁的处理量。
本发明中所述的非氧化性压缩气体指的是：在浸取液和还原铁粉的还原反应过程中作为搅拌气流通入反应体系中而不能氧化体系中的二价铁离子和三价钛离子的压缩气体。例如压缩惰性气体(即稀有气体)、压缩氮气、压缩二氧化碳、压缩氢气等。
作为本发明的进一步改进，所述非氧化性压缩气体为压缩惰性气体、压缩氮气、压缩二氧化碳、压缩氢气中的一种或任意几种的混合。
作为本发明的进一步改进，所述非氧化性压缩气体的压强为0.2～1.0MPa。
作为本发明的进一步改进，搅拌过程中，所述非氧化性压缩气体的流量为100～1500m3/h。
本发明的有益效果是：1)提出现有酸解工序中存在的问题：使用压缩空气进行气流搅拌导致还原铁粉消耗增加，副产物硫酸亚铁增加；2)提出了问题的解决方案：使用“非氧化性压缩气体”进行气流搅拌，有效的避免二价铁，三价钛在搅拌过程中发生氧化，使得还原效率大幅提高，有效降低单吨产品还原铁粉消耗，减少了废副硫酸亚铁的处理量。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例一：
按照以下方法对钛精矿进行酸解，制备硫酸氧钛溶液：
(1)取干燥并粉碎至325目筛筛余为20％的钛精矿粉，用浓度为95％的硫酸溶液按1.7的酸矿比与所述钛精矿粉混合，加入适当水引发(起始反应酸浓84.0％)，升温至150℃引发酸解反应，直至混合物固化，得固相物。
(2)所得固相物在180℃下保温下熟化4h，然后于75℃条件下按照每吨矿约2.5吨新鲜水加入酸解锅浸取熟化后的物料，浸取时间1h，得到浸取液。
(3)在往浸取液中通入压缩氮气(压强0.20MPa，流量500m3/h)的气流搅拌作用下，缓慢往浸取液中加入计量的还原铁粉，还原反应过程中持续搅拌，控制还原铁粉的加入量使得反应结束后的料浆中三价钛含量在0.5～1.0g/l(本实施例中测得为0.60g/l)，记录单吨钛精矿的铁粉消耗量，结果见表1。
(4)还原反应结束后将还原料浆放入沉降槽并添加絮凝剂进行沉降，所得上层清液即为硫酸氧钛溶液。
实施例二：
按照以下方法对钛精矿进行酸解，制备硫酸氧钛溶液：
(1)取干燥并粉碎至325目筛筛余为20％的钛精矿粉，用浓度为95％的硫酸溶液按1.7的酸矿比与所述钛精矿粉混合，加入适当水引发(起始反应酸浓84.0％)，升温至150℃引发酸解反应，直至混合物固化，得固相物。
(2)所得固相物在180℃下保温下熟化4h，然后于75℃条件下按照每吨矿约2.5吨新鲜水加入酸解锅浸取熟化后的物料，浸取时间1h，得到浸取液。
(3)在往浸取液中通入压缩氢气(压强1.0MPa，流量500m3/h)的气流搅拌作用下，缓慢往浸取液中加入计量的还原铁粉，还原反应过程中持续搅拌，控制还原铁粉的加入量使得反应结束后的料浆中三价钛含量在0.5～1.0g/l(本实施例中测得为0.62g/l)，记录单吨钛精矿的铁粉消耗量，结果见表1。
(4)还原反应结束后将还原料浆放入沉降槽并添加絮凝剂进行沉降，所得上层清液即为硫酸氧钛溶液。
实施例三：
按照以下方法对钛精矿进行酸解，制备硫酸氧钛溶液：
(1)取干燥并粉碎至325目筛筛余为20％的钛精矿粉，用浓度为95％的硫酸溶液按1.7的酸矿比与所述钛精矿粉混合，加入适当水引发(起始反应酸浓84.0％)，升温至150℃引发酸解反应，直至混合物固化，得固相物。
(2)所得固相物在180℃下保温下熟化4h，然后于75℃条件下按照每吨矿约2.5吨新鲜水加入酸解锅浸取熟化后的物料，浸取时间1h，得到浸取液。
(3)在往浸取液中通入压缩氦气(压强0.50MPa，流量1500m3/h)的气流搅拌作用下，缓慢往浸取液中加入计量的还原铁粉，还原反应过程中持续搅拌，控制还原铁粉的加入量使得反应结束后的料浆中三价钛含量在0.5～1.0g/l(本实施例中测得为0.62g/l)，记录单吨钛精矿的铁粉消耗量，结果见表1。
(4)还原反应结束后将还原料浆放入沉降槽并添加絮凝剂进行沉降，所得上层清液即为硫酸氧钛溶液。
实施例四：
按照以下方法对钛精矿进行酸解，制备硫酸氧钛溶液：
(1)取干燥并粉碎至325目筛筛余为20％的钛精矿粉，用浓度为95％的硫酸溶液按1.7的酸矿比与所述钛精矿粉混合，加入适当水引发(起始反应酸浓84.0％)，升温至150℃引发酸解反应，直至混合物固化，得固相物。
(2)所得固相物在180℃下保温下熟化4h，然后于75℃条件下按照每吨矿约2.5吨新鲜水加入酸解锅浸取熟化后的物料，浸取时间1h，得到浸取液。
(3)在往浸取液中通入压缩混合气体(压强0.70MPa，流量800m3/h，混合气体成分：氮气占40％，氢气占30％，氦气占30％)的气流搅拌作用下，缓慢往浸取液中加入计量的还原铁粉，还原反应过程中持续搅拌，控制还原铁粉的加入量使得反应结束后的料浆中三价钛含量在0.5～1.0g/l(本实施例中测得为0.60g/l)，记录单吨钛精矿的铁粉消耗量，结果见表1。
(4)还原反应结束后将还原料浆放入沉降槽并添加絮凝剂进行沉降，所得上层清液即为硫酸氧钛溶液。
对比例五：
按照以下方法对钛精矿进行酸解，制备硫酸氧钛溶液：
(1)取干燥并粉碎至325目筛筛余为20％的钛精矿粉，用浓度为95％的硫酸溶液按1.7的酸矿比与所述钛精矿粉混合，加入适当水引发(起始反应酸浓84.0％)，升温至150℃引发酸解反应，直至混合物固化，得固相物。
(2)所得固相物在180℃下保温下熟化4h，然后于75℃条件下按照每吨矿约2.5吨新鲜水加入酸解锅浸取熟化后的物料，浸取时间1h，得到浸取液。
(3)在往浸取液中通入压缩空气(压强0.20MPa，流量500m3/h)的气流搅拌作用下，缓慢往浸取液中加入计量的还原铁粉，还原反应过程中持续搅拌，控制还原铁粉的加入量使得反应结束后的料浆中三价钛含量在0.5～1.0g/l(本实施例中测得为0.60g/l)，记录单吨钛精矿的铁粉消耗量，结果见表1。
(4)还原反应结束后将还原料浆放入沉降槽并添加絮凝剂进行沉降，所得上层清液即为硫酸氧钛溶液。
表1：各实施例单吨钛精矿的铁粉消耗量统计表

Claims (4)

1.降低还原铁粉消耗的硫酸法钛白粉酸解方法，包括以下步骤：
A、酸解反应：钛精矿与浓硫酸混合发生酸解反应得到固相物；
B、浸取：向固相物中加水浸取，得到浸取液；
C、还原：往浸取液中加还原铁粉，还原反应过程中持续搅拌；
D、除杂：除去固态杂质，得到硫酸氧钛溶液；
其特征在于：步骤C还原过程中采用的搅拌方法为向浸取液中通入非氧化性压缩气体进行气流搅拌。
2.根据权利要求1所述的降低还原铁粉消耗的硫酸法钛白粉酸解方法，其特征在于：所述非氧化性压缩气体为压缩惰性气体、压缩氮气、压缩二氧化碳、压缩氢气中的一种或任意几种的混合。
3.根据权利要求1或2所述的降低还原铁粉消耗的硫酸法钛白粉酸解方法，其特征在于：所述非氧化性压缩气体的压强为0.2～1.0MPa。
4.根据权利要求1或2所述的降低还原铁粉消耗的硫酸法钛白粉酸解方法，其特征在于：搅拌过程中，所述非氧化性压缩气体的流量为100～1500m3/h。
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