一種新型的硫酸法鈦白生產漂白還原劑

黃麗麗

（廣西藍星大華化工有限責任公司，廣西 百色533000）

二氧化鈦(俗稱鈦白粉)是一種重要的無機化工的白色顏料,無毒,且物理、化學性質十分穩定,是一種具有優良光學性能的顏料。目前鈦白生產有硫酸法和氯化法兩種成熟的工藝，硫酸法鈦白生產工藝技術成熟,但其生產工藝流程長,三廢排放量大;而氯化法鈦白粉生產工藝流程短, 但是對設備和技術控制要求嚴格,且只能生產金紅石型的鈦白粉,其產生的廢物很難處理。因此, 目前來看硫酸法生產工藝在中國仍然占有絕對地位。所以, 優化硫酸法鈦白粉的生產工藝和節能降耗依然是現階段鈦白粉生產廠家研究的重點[1-2]。

在硫酸法鈦白粉生產工藝中, 水洗后偏酸中Fe2+等雜質隨著水洗時間的延長、酸度的降低,逐漸被氧化,以固體Fe3+及其它氫氧化物沉淀等雜質的形式存在, 即便通過水洗也無法完全去除。這對生產涂料鈦白粉來說,殘留在偏鈦酸中的鐵是嚴重地影響到白粉的白度。目前國內多數鈦白粉生產廠家去除偏鈦酸中過多的鐵,基本上都是增加一道漂白工序。常規的鋁粉漂白是將一定量及濃度的一洗偏鈦酸漿料加入漂白罐內, 按50-60g/L 的漿料(TiO2)濃度計算好加入98%硫酸,按工藝要求靜置一定的時間, 利用濃硫酸稀釋所放出的熱量使得部分的偏鈦酸與濃硫酸生產硫酸氧鈦;然后加入計算好的鋁粉發生還原反應,再補充偏鈦酸漿料至規定的體積(定容),再用蒸汽加熱升溫到工藝要求并保溫1.5-2 小時;此時鋁粉還原硫酸氧鈦而生產三價鈦,并在酸性條件下把溶液中Fe3+及其它氫氧化物沉淀溶解還原成溶于水的低價金屬離子。[3]鋁粉漂白整個操作時間約3-5 小時。

本文采用一種新型環保有機還原劑S-200 用于偏鈦酸中含有Fe3+及其它氫氧化物沉淀在不用蒸汽加熱的情況下還原,達到在降低能耗、縮短現場流程、提高成品性能的作用。

1 實驗準備

原料:一洗偏鈦酸漿料、S-200 還原劑(液體)、鋁粉漂白的偏鈦酸漿料、98%濃硫酸、蒸餾水、配置好的一定濃度的磷酸(P2O5計)溶液和碳酸鉀(K2O 計)溶液。

設備: 水循環真空抽濾機、φ120mm 布氏漏斗、250ml 燒杯、水浴鍋、溫度計、移液管、表面皿、機械攪拌設備。

2 S-200 及鋁粉還原劑小試實驗操作步驟

2.1 取1500ml 漂前偏鈦酸和100ml 生產上鋁粉漂白的偏鈦酸。

2.2 分析漂前偏鈦酸濃度和含鐵Fe%,記錄其結果。

2.3 分別在2 杯250ml 漂前樣中加入濃硫酸(98%), 按照20g/L 偏鈦酸溶液添加,攪拌大約30min。

2.4 準確量取還原劑的加入量按總鈦量的0.3%(1#) 和0.4%(2#)稱取。將吸取好的還原劑溶液分別加入2 杯漂前樣中,攪拌大約60min,還原反應即完成(注:整個過程不需加熱)。

2.5 將還原好的2 杯樣品進行5 倍45℃蒸餾水于水環真空泵上抽濾洗滌。

2.6 用蒸餾水將濾餅打成漿液,測漿料的鐵含量。

2.7 取生產上鋁粉漂白的偏鈦酸的250ml(3#)進行5 倍蒸餾水于水環真空泵上抽濾洗滌。再用蒸餾水(約200ml)將濾餅打成漿液,測量鐵含量。

2.8 重復以上步驟做3 次平行實驗。

3 添加鹽處理劑及煅燒(銳鈦)小樣操作步驟

3.1 將抽濾后的偏鈦酸打漿之后的漂洗后漿料進行稱重,測其濃度。

3.2 按照工藝要求添加鹽處理劑的加入率,分步加入碳酸鉀和磷酸溶液(先加入碳酸鉀溶液,攪拌30nin 后再加入磷酸溶液,繼續攪拌30nin)。

3.3 將攪拌均勻的偏鈦酸漿料進行抽慮。

3.4 將抽干后的濾餅放在器皿中轉入馬弗爐進行小試煅燒,模擬生產工藝設定的升溫曲線進行升溫(注:每半小時拿樣出來攪拌一次),當溫度升至950℃后每隔15～20min 滴定一次標準試劑。

3.5 滴定試劑后物料顏色變為淺綠色后,關閉馬弗爐的電源,讓物料在馬弗爐內自然冷卻后取樣磨粉,分析L、b、消色力、PH。

4 記錄及分析結果

4.1 漂白實驗數據記錄及分析(表1)

從表1 漂后數據分析可知,S-200 與鋁粉還原漂白的偏鈦酸,等同漿料濃度及體積使用等同溫及量的蒸餾水通過水環真空泵抽濾后,所得偏鈦酸漿料的含鐵差異不大,都滿足生產工藝要求,但抽濾時間S-200 相對少些。

4.2 煅燒實驗數據記錄及分析(表2)

從表2 煅燒小樣分析數據對比可知,S-200 與鋁粉還原漂白的偏鈦酸在同等煅燒工況下,樣品L、b、消色力等關鍵兩者間的差異不大,都能滿足工藝要求,因此可以判斷,使用S-200 還原劑漂白對銳鈦產品的應用性能指標沒產生影響,可以投入生產。

5 理論單耗比較

根據某公司生產銳鈦產品,鋁粉漂白(噸鈦白粉)實際使用硫酸、蒸汽、鋁粉等原材料;該工序添加硫酸后理論產生鈦石膏;為了確保三價鐵或高價金屬離子全部被還原而消耗掉的四價鈦還原成三價鈦而損失的偏鈦酸等方面與S-200 還原劑理論單耗的對比,具體見表3。

表1

表2

表3

從表3 數據分析看, 使用鋁粉漂白比S-200 還原劑的單耗對比,發現使用S-200 還原劑相對節約29.772 元/噸鈦白粉。

6 結論

從以上小試漂白過程對比, 使用常規的鋁粉和S-200 還原劑漂白整個過程至煅燒小樣后的成品結果比對, 發現S-200 還原劑相對常規的鋁粉漂白有以下優點:

6.1 在漂白等同偏鈦酸量時,S-200 還原劑使用的硫酸量對比鋁粉漂白少,不但降低使用原材料的單耗,而且還減少處理廢酸處理量及鈦石膏產生的量,從而增加環保效益。

6.2 在同等條件下漂白,S-200 還原劑整個過程不需要加熱,可以減少一定的能量消耗。

6.3 兩種還原劑漂白后的偏鈦酸, 在等同條件下水洗抽濾,S-200 漂白后的漿料所用的時間稍微少一些, 可判斷實際生產時可縮短整個二洗的時間。

6.4 S-200 漂白時, 不需跟蹤漂后漿料因制備三價鈦而損失的偏鈦酸量,從而可提高整改水洗工序的收率。