堿法鈦白粉生產工藝中硫酸鈦溶液的制備和水解

楊 軒,薛天艷,王麗娜,齊 濤

(1.濕法冶金清潔生產技術國家工程實驗室,綠色過程與工程重點實驗室,中國科學院過程工程研究所,北京 100190; 2.中國科學院研究生院,北京 100049)

二氧化鈦,俗稱鈦白,是一種重要的化工原料和性能優良的白色顏料,廣泛應用于涂料、塑料、造紙等行業[1-3]。目前,鈦白的工業生產方法主要有硫酸法和氯化法[4-6]。硫酸法以鈦鐵礦為原料,生產過程中產生大量廢酸、酸性廢水和含硫煙氣,環境污染嚴重;氯化法的高溫氯化和氧化過程難度大,并且生產過程中產生的毒性氯化物難以處理,需深井填埋。因此,亟需研發環境友好的二氧化鈦清潔生產新工藝。中國科學院過程工程研究所成功研發出了堿法鈦白清潔生產新工藝,利用此工藝可生產金紅石型和銳鈦礦型二氧化鈦。

1 試驗部分

1.1 試驗原理

高鈦渣的主要成分是 Ti3O5,Ti3O5在NaOH熔鹽中發生如下反應[7]:

水洗反應產物,Na2TiO3中的 Na+與水中H+發生離子交換反應,部分Na+浸出至液相中,形成一定濃度的堿液。主要反應可表示為:

洗后的固相(x Na2O·TiO2·y H2O)與硫酸反應形成硫酸鈦溶液,反應式如下:

硫酸鈦溶液水解生成偏鈦酸沉淀,反應式為:

1.2 試驗原料與儀器

試驗所用NaOH、硫酸均為分析純,水為去離子水;根據文獻[7]制得熔鹽反應產物,水洗后得到的水洗料為試驗原料,組成見表1。

表1 水洗物料的化學組成 %

用荷蘭 PANalytical公司的 X’Pert PRO M PD型 X射線衍射儀確定產物物相,用美國Perkin-Elmer公司的Op tima 5300 DV型電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-OES)分析原料中的元素組成,用激光粒度儀測定水解后偏鈦酸的粒度分布,用XRD分析晶型。……