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1、精选优质文档-倾情为你奉上钛白粉生产工艺6.3.1硫酸法钛白生产的工艺流程简述 硫酸法生产钛白是成熟的生产方法，使用的原料为钛铁矿或钛渣。下面主要叙述以钛精矿为原料的生产方法。 A、工艺流程 硫酸法生产钛白主要由下列几个工序组成：原矿准备；用硫酸分解精矿制取硫酸钛溶液；溶液净化除铁；由硫酸钛溶液水解析出偏钛酸；偏钛酸煅烧制得二氧化钛以及后处理工序等。 B、工艺流程简述 （）原矿准备 按照酸解的工艺要求，用雷蒙磨磨矿，将钛精矿粉碎至一定的粒度。 （）硫酸钛溶液的制备 钛液的制备实际上包括钛精矿的酸分解，固相物的浸取，还原等工艺步骤。 酸分解作业是在耐酸瓷砖的酸解罐中进行的。将浓度为92-94的浓
2、硫酸装入酸解罐中并通入压缩空气，在搅拌的情况下加入磨细的钛精矿。精矿与硫酸的混合物用蒸气加热以诱酸解主反应的进行，主反应结束后，让生成的固相物在酸解罐中熟化，使钛精矿进一步分解，分解后所得固相物基本上是由钛铁硫酸盐和一定数量的硫酸组成。 固相物冷却到一定温度后，用水浸出，并用压缩空气搅拌，浸出完全以后，浸出溶液用铁屑还原，将溶液的硫酸高铁还原成硫酸亚铁。 （）钛液的净化 钛液净化包括沉降、结晶、分离、过滤等工序。 沉降是借助于重力作用，向钛液中加入沉降剂（主要絮凝剂是改性聚丙烯酰胺），除去钛液中的不溶性杂质和胶体颗粒，使钛液初步净化。 冷冻结晶在冷冻锅中进行，主要利用硫酸亚铁的溶解度随着钛液温
3、度降低而降低的性质。用冷冻盐水带走钛液热量，使其降至适当的温度，从而使大量的硫酸亚铁结晶析出。 分离、过滤是由锥蓝离心机分离，抽滤及板框压滤三个工序构成。冷冻后的钛液经锥蓝离心机分离及抽滤池抽滤，得到初步净化的稀钛液，最后将稀钛液通过板框压滤，得到符合生产需要的清钛液。 （）钛液浓缩 钛液浓缩采用连续式薄膜蒸发器，在减压真空的条件下蒸发掉钛液中的水份，以符合水解工序的需要。 （）水解 水合二氧化钛是由钛的硫酸盐溶液热水解而生成的。为了促进热水解反应，并使得到的水合二氧化钛符合要求，一般采用引入晶种或自生晶种的方法。 （）水洗及漂洗 由于水解反应是在较高的酸度下进行的，因此大部分杂质磷酸盐仍以溶
4、解状态留在母液中。水洗的任务是将水合二氧化钛与母液分离，再用水洗涤以除尽偏钛酸中所含可溶性杂质。经过水洗而仍残留在水合二氧化钛中的最后一部分杂质（高铁为主），则以漂洗来除去，即在酸性条件下以还原剂将不溶的高铁还原为可溶性的亚铁，再进行二次水洗。 （）盐处理 盐处理是在盐处理锅中进行。 在充分搅拌的情况下，向偏钛酸浆液中加入碳酸钾和磷酸等盐处理剂，可防止煅烧物料烧结，隐蔽杂质元素的显色，使煅烧产品颗粒松软，色泽洁白等。 （）煅烧 回转窑是目前最广泛采用的煅烧设备。 盐处理后的偏钛酸在回转窑中经高温脱水、脱硫及晶型转化等过程，得到具有颜料性能的钛白粉。 （）后处理 二氧化钛后处理是按照不同用途对煅
5、烧所得二氧化钛进行各种处理以弥补它的光活性缺陷，并改变它的表面性质。后处理包括分级，无机和有机表面包膜处理，过滤，干燥、超微粉碎和计量包装等，从而获得表面性质好，分散性高的二氧化钛成品。 总之，硫酸法的优点是可直接用钛铁矿作原料，设备简单，工艺技术容易掌握，缺点是三废量大，不利于环境保护，并且处理三废费用很多，从而使生产成本增加。为克服上述缺点，采用含TiO2 70-80的钛渣为原料，不但可降低硫酸消耗的三分之一，而且废副产品物排出量可减少30。6.3.2 原矿的粉碎A、目的钛精矿一般粒度比较粗，比表面积较小，酸解时与硫酸接触面积小，不易被硫酸有效地分解。因此，在使用前必须将其磨细，以增加反应
6、接触面，使酸解反应能够正常进行。参加酸解反应的矿粉不仅必须达到一定的细度，而且粒度分布要求窄而均匀，这样才能得到较高的酸解率，得到符合工艺要求的硫酸钛液。一般矿粉细度要求为：325目 筛余1.5%。B、粉碎的工艺流程 钛精矿由斗提式提升机送入贮料斗，再由给料装置将原矿定量、均匀、连续地送入雷蒙磨进行粉碎。已被粉碎的物料由鼓风机鼓入的空气流以分析器带出，粗颗粒被挡后落入粉碎区域重新返回雷蒙磨构成闭路循环。分离出的物料自旋风分离器下部卸出，进入矿粉中间贮槽，再由脉冲气力输送泵，送至矿粉贮槽，供酸解使用。 部份循环风经布袋收尘器除尘后排空，收尘下来的飞粉进入矿粉中间贮槽。C、粉碎设备-雷蒙磨 这是国
7、内常用的设备，是一种摆轮式研磨机，靠摆轮的重力胶离心力，对钢圈所产生的挤压和研磨作用达到粉碎物料的目的。攀钢集团公司使用的是4R3216型雷蒙磨（4R：四辊；32：磨辊直径32cm；16：磨辊高度16cm）。雷蒙机的工作原理是：雷蒙主机内装有磨环和磨辊，磨环固定在机座上，磨辊则自由悬挂在竖轴顶端的十字形悬辊架上，磨辊既能绕中间竖轴旋转又能自转。雷蒙机运转时，磨辊在离心力作用下紧贴在磨环表面对加入物料产生挤压和研磨作用而使其粉碎。未被粉碎的物料坠于机底，并被铲刀铲起重新将其抛掷于滚动很快的磨辊前的磨环面上，已被粉碎的物料由空气流携出。空气流由机底上吹，使粉碎后物料通过分析器分级，细度合格的进入旋
8、风分离器中，细度不合格的再返回雷蒙磨重新研磨。转速越大，粒度越细；反之则粒度越粗。粉碎细度可由调节吹入的空气量的大小及分析器的转速等控制。6.3.3 酸解 A、酸解的基本原理（1）酸解的化学反应 钛铁矿与硫酸的反应非常缓慢，在常温下几乎不发生变化。为了促进这个反应，往往需要加热，引导反应的开始。如以偏钛酸亚铁FeTiO3代表钛铁矿的主要成份，则酸解反应一般认为按下列二方程进行：FeTiO3+3H2SO4Ti(SO4)2+FeSO4+3H2OFeTiO3+2H2S04TiOSO4+FeSO4+2H2O我们也可以把TiO2视作是钛铁矿的一个单独成份，则上面反应可写作：TiO2+2H2SO4 Ti(
9、SO4)2+2H2OTi02+H2SO4 TiOSO4+H2O钛铁矿中的铁则按下列方程式进行反应：FeO+H2S04 FeSO4+H2OFe2O3+3H2SO4 Fe2(SO4)3+3H2O 从这些反应式看，反应结果得到的是（正）硫酸钛Ti(S04)2 硫酸氧钛TiOSO4，硫酸亚铁FeSO4和硫酸高铁Fe2(SO4)3这四种物质。硫酸氧钛的生成，也可以视为是硫酸钛初步水解的产物。Ti(SO4)2+H2 O TiOSO4+H2SO4 酸解后生成的硫酸钛Ti(SO4)2和硫酸氧钛TiOSO4之间的比例由酸解条件而定。从方程式中可以看出，生成硫酸钛每一份需要二份硫酸，而生成硫酸氧钛每一份只需要一份
10、硫酸。 （2）有效酸和酸比值 有效酸：在钛溶液中，硫酸以三种不同的形式与钛结合的硫酸与其他金属（主要是铁）结合的硫酸游离酸未被结合的过剩的硫酸。 我们无法单独测定与钛结合的酸或游离酸，只能测定二者的总和，我们把它称为有效硫酸。 有效酸与钛结合的酸游离酸 有效酸一般用酸碱滴定的方法来测定，目前仍作为评价酸解效果与质量的一个控制指标，与生产与科研单位广泛应用。 酸比值：在控制有效酸这指标时，有这样一个问题；就是同样的钛液，如果浓度稍有变化，（例如经过适当浓度或稀释）。钛液的性质没有变化，而有效酸的数值却发生变化。为了解决这个问题，我们采用酸比值这个指标。酸比值又称酸度系数，通便用符号F表示。所谓酸
11、比值是指钛液中有效酸与总钛含量之比值。 因为这是一个比值，因此钛液经过浓缩或稀释后，值是保持不变的，值的高低，能显示出钛液中钛的组成。 钛液F值的高低，还能影响以后的水解产物的结构状态，因此生产不同品种的钛白，对钛液的F值常常要严格控制。 B、固相法酸解 a. 操作步骤 ()投料 酸解操作时，在强烈压缩空气搅拌下，先投入硫酸，然后再投入矿粉后，使矿粉与硫酸充分混合，最后加入稀释水。 ()加温 用直接蒸汽加温。当槽内反应物温度升至80-100时应立即停止蒸汽，剧烈反应也就开始。 ()主反应 由于反应是放热反应，反应物温度急剧自动上升，在数分钟内达到最高温度约200。在这阶段内，反应非常猛烈，槽身
12、有可察觉的震动，同时排出大量的酸雾，反应物也经过稠粘阶段而逐渐凝成多孔的海绵固体。 ()成熟 主要反应结束，反应物的温度逐渐下降。在这冷却的同时，尚继续发生酸解反应，使反应更加完全。 ()浸取 成熟后的固相物溶于水，以得到硫酸钛的溶液。 b. 酸解反应控制条件 ()酸矿比酸矿比是投料时硫酸与矿粉重量的比值。（硫酸浓度以100计算）在选择酸矿比时，主要应使矿粉得到最大程度的分解而又耗用最少量的酸。一般地说，酸矿比越高，过量的硫酸便越多，反应便越完全，酸解率也越高，根据固相法的特点，一般控制酸矿比为1.541.65。一般认为酸矿比是决定酸解反应的一个工艺指标。酸矿比对钛液的F值影响尤为显著。但是为
13、了节约硫酸，F值可以在浸取时加入废酸进行调节。 酸矿比如果过高，对提高酸解率的作用便不明显。相反却要多消耗硫酸。与液相法相比，固相法所用的硫酸浓，反应温度高，因此耗用酸便可以少。 ()硫酸反应浓度 硫酸反应浓度是指钛铁矿酸解反应时必须控制的硫酸浓度。 原则上讲，硫酸反应浓度越高，则反应完全。但实践表明，当硫酸反应浓度过高时，容易发生反应后固相物的早期水解。其原因可以认为是由于硫酸浓度越高，则反应温度也越高，使反应初期的生成物在反应结束时已发生水解。 实际控制的硫酸反应浓度，应依据设备的容量，投料量等不同条件而变化，一般控制在84-88。 ()加温温度 矿粉与硫酸反应，需要在一定温度时才能开始。
14、但反应本身能放出大量的热，因此大部分热量是依靠自发的。TiO2+H2SO4 TiOSO4+H2O+5.84千卡FeO+H2SO4 FeSO4+H2O+29千卡Fe2O3+3H2SO4 Fe2(SO4)3+3H2O+33.8千卡 一般来说温度越高反应越剧烈，也越完全。酸解反应是个放热反应，当反应开始时便放出大量的热，使反应物的温度迅速上升。因此短时间内即变成剧烈反应，反应物的温度可达到200以上。一般情况下，开始时物料需要适当加温以引发反应，但当反应开始后应立即停止加温，以免反应过分猛烈而发生冒锅或早期水解。 加温温度一般控制为80-100，也要根据设备大小而定。 一般中小设备控制为60-80，
15、一般大设备控制为100-120。 加温温度过低，例如小于60，则引发主反应的时间长，反应不剧烈，容易生成难溶性的固相物，酸解率低。加温温度过高，例如大于130，则主反应来得太早，反应温度猛烈上升，不仅容易致使冒锅事故的发生，而且还会使酸解率降低，生成固相物难浸取。 如果使用高浓度硫酸，例如大于96，当加入稀释水后的发热量已足够引发反应时，便可不必再另行加温。这种情况称为自然反应。在炎热季节，室温较高，即使采用93的硫酸，也可考虑不再加温，由物料自然反应。 ()成熟时间 成熟的目的是在主反应结束后，让固相物逐渐冷却。另让一部分未酸解的矿粉继续与存在的游离酸作用，以利提高酸解率。 成熟过程是提高酸
16、解率的重要措施。成熟时间长，固相物温度低，浸取速度便慢，但酸解率高。成熟时间短，固相物温度较高。浸取速度较快；但酸解率低。一般控制在1-3小时。要视设备大小和室温高低而定。 c. 固相物的浸取 成熟后的固相物，加入水或稀钛液，在压缩空气搅拌下，使多孔状固相物溶解，得到硫酸钛溶液。在加入水起初时温度有上升现象，但随即冷却下降。溶液的最终浓度一般应含TiO2 11O-130克/升。此时溶液比重约为1.52-1.53。 为了调节浸出液的F值，并节约浓硫酸，浸取时常常需添加废硫酸。这时废硫酸必须准确测定。加入量也必须严格控制。 根据酸解固相物的性质不同，浸取时间一般为5-12小时。 d. 还原 铁在矿
17、粉中以二价与三价两种不同状态存在，因此在浸取后的溶液中既硫酸亚铁FeSO4，又有硫酸高铁Fe2(SO4)3，这两种铁盐在一定条件下会发生水解而变成沉淀： FeSO4+2H2O-Fe(OH)2+H2SO4 Fe(SO4)3+6H2O-2Fe(OH)3+3H2SO4 上述两水解反应只有在达到一定的pH值时才会发生。硫酸亚铁在酸性溶液中是稳定的，只有在pH值大于5时才开始水解，因此在钛液水解过程中它始终保持溶解状态，而在偏钛酸洗涤时得以除去。而硫酸高铁在溶液中的危害性比较大。因为它在pH值为2.5的酸性溶液中，即开始水解，生成氢氧化铁沉淀。在偏钛酸洗涤时，它会变成沉淀而混杂于其中，煅烧时变成红棕色的
18、三氧化二铁而污染成品。为了防止这种现象的发生在钛液中不允许有高铁存在，应该把高铁还原成亚铁。 还原的方法很多，工业上应用的有化学还原和电解还原两种。 化学还原是加入一种还原剂，如铁屑、铝、锌等。其反应如下： Fe2(SO4)3+Fe-3FeSO4 或 2Fe3+Fe0-3Fe2+ 电解还原在阴极发生，其反应如下： Fe2(SO4)3+H2O+2C-2FeSO4+H2SO4+1/2 O2 或 Fe3+e-Fe2+ 为了保证溶液中三价铁Fe3+全部还原为二价铁Fe2+，还原反应该略微过度，此时溶液中就有少部分四价Ti4+被还原为三价钛Ti3+。 2TiOSO4+Fe+2H2SO4-Ti2(SO4)
19、3+FeSO4+2H2O 2Ti(SO4)2+Fe-Ti2(SO4)3+FeSO4 或 2Ti+4+Fe0-2Ti3+Fe2+ 在电解还原中钛的还原如下进行： 2Ti(SO4)2+H2O+2e-Ti2(SO4)3+H2SO4+1/2 O2 三价钛的存在，可以保证三价铁还原完全。是因为氧化还原反应有先后次序，三价铁先还原为二价铁，然后再是四价钛，还原为三价钛。但在生产过程是要经常遇到氧化条件，例如与空气接触或以压缩空气搅拌，因此还原要过量一些，保持有一定数量的三价钛。这是因为，三价钛的还原性比较强，它比亚铁先氧化，这样保证了二价铁不被氧化。但是过多的三价钛存在是不利的。因为在止正常水解情况下，三
20、价钛不会水解沉淀而留在溶液中，成为生产中的损失，直接影响水解率。一般操作中，还原溶液中应保持三价钛含量为2.5-4克/升（以TiO2折算）。三价钛控制高低要视品种的不同和气温的高低而定。 e. 酸解率酸解率亦称为分解率，是衡量酸解反应的质量和收率的一个综合控制指标。它是以重量百分比来核算的。其值为溶液中的可溶性钛盐总量（以TiO2计）占所投投钛铁矿中所含钛总量（以TiO2计）之百分比。酸解率 鉴于钛铁矿中总有一部分不能被热浓硫酸分解的矿物（如金红石与脉石），同时又受工业现行酸解手段的限制，酸解率不能达到百分之百。一般可达到90-97。 6.3.4 钛液的净化钛液净化的好坏直接影响到工艺控制和产
21、品性能，诸如水合二氧化钛洗涤的难易程度，产品的化学纯度、硬度等。 钛铁矿用硫酸酸解制备的钛液是一个较复杂的体系，其中有三类杂质：一类是可溶性的盐类（铁、钒、铬、锰、铌、锡、铜、镁、钠、钾、稀土等元素的硫酸盐及磷酸盐）；另一类是颗粒在10以上的由未分解的钛铁矿、金红石、脉石、泥浆及碳、铅、钙等的化合物组成的不溶性悬浮残渣；第三类是粒度为0.1-10m的水合二氧化硅、水合氧化铝及早期水解产生的水合二氧钛等具有较高动力学稳定性的胶体。A、沉 降沉降是借助于重力作用，除去钛液中的不溶性杂质和胶体颗粒，将钛液初步净化。通过沉降除去杂质，可提高副产品硫酸亚铁的质量并加快它的过滤速度。同时胶体微粒如不除去，
22、在以后水解时便成为一种无一定组成和数量的晶核，会影响水解过程和水解产物的结构。沉降的原理： 沉降是适用于从粗分散体系悬浮液中分离出固体颗粒的方法，它是利用重力作用使体系中的悬浮固体颗粒沉降下来。对于钛液中属粗分散体系的悬浮残渣，可通过沉降而分离出来。然而对于粒径为1-10m的细不溶杂质和属细分散体系的胶体颗粒，则由于布朗运动，重力不能使之沉降前者由于钛液粘度很大，使颗粒悬浮在体系中相对稳定。后者由于胶粒在钛液中吸附H+而带有相同的正电荷，因而具有静电排斥力，并在胶体周围形成了溶剂化的双电层，十分稳定，不能相互凝聚。 钛液中的胶体是在强酸性高离子浓度的溶液中形成的含量约占不溶性杂质总量（一般为1
23、5-23克升）的20-30。要想破坏这些胶体的稳定性，采用加入电解质的方法是不现实的。但可加入带相反电荷负电荷的溶胶以产生共沉淀。由于电性中和，使颗粒的电动电位达到临界值等电状态而完全失去静电排斥力，就会在布朗运动相互碰撞时，合并成较大的粒子，在重力的作用下沉降。同样也可利用某些高分子极性基团的亲合力而产生的特性吸附和桥联作用，使悬浮颗粒借助于絮凝剂分子的作用而相互联接长大，网络成大的聚集体而迅速沉降。 沉降设备的生产能力与它的高度无关，仅与水平截面积和颗粒的沉降速度有关，而沉降速度又仅与微粒的大小、重量以及介质的重度与粘度有关。所以沉降一般均采用大型、大截面积的、有防腐衬里的设备。沉降过程应
24、注重沉降剂的选择与用量、钛液的浓度和温度，以求得最佳沉降效果。B、结晶结晶的工艺原理：在经沉降所得到的热钛液中，各种硫酸盐和磷酸盐的溶解度是不同的而且与温度有关。这些溶解度可由实验测定。如FeSO4浓度为120克升、有效硫酸浓度为240克升时，FeSO4的溶解度与温度的关系见表6-1： 表6-1 FeS04在不同温度时的溶解度（Ti02=120g/l,有效酸=240g/l）温度，3020151050-2-6FeSO4，g/l24019013011795795938 在上述条件下，硫酸亚铁已达饱和，如果降低温度，便会有结晶析出。利用溶解度的这种差异，依据结晶原理，降低温度，以降低FeSO4的溶解
25、度，当此溶解度低于溶液中的实际浓度时，便成为过饱和，其超过部分便会从钛液中结晶析出，从而达到除去大量硫酸亚铁的目的。结晶的一般方法： 结晶的方法，除了按照投料方式，分为间歇式和连续式两种外，按照使溶液达到过饱和所采用的方法不同，分为蒸发结晶、机械冷却结晶和真空结晶三种方式。蒸发结晶是在等温下进行的，就是使溶液不断蒸发，使溶液不断浓缩最后达到饱和而析出晶体，这个方法适用于某些在不同温度时溶解度变化很小的盐类如食盐，不适用于绿矾的结晶。绿矾结晶的常用方法有以下两种：（1） 机械冷却结晶这种结晶方法，是通过热交换来使溶液降低温度，最后达到过饱和而析出晶体，常用的有如下两种方法： 自然结晶：依钛液温度
26、与室温的差别由其自然冷却，或用自来水通入热交换器中，使钛液缓慢冷却到室温，可得到大块晶体。结晶后在钛液中仍含有40-60gl（以Fe2+计）的硫酸亚铁。 机械冷冻结晶：通常是利用冷冻机产生的冷冻剂，通过热交换器（冷冻盘管）与钛液进行热交换，来使钛液迅速冷却。因此在这种结晶器内部装有盘管，管内用低温的冷冻液进行循环，器内配有搅拌机，使钛液冷冻均匀。得到的是细粒的晶体。冷冻液一般是由氨压缩机制冷得到的低温的氯化钙或氯化钠溶液。 在工业生产时需要控制的条件主要是冷冻终了温度。这种由对钛液的铁钛比值指标要求而定。生产涂料钛白时，一般要求Fe/TiO2=0.20-0.25，其冷冻终了温度一般控制6-10
27、。对某些品种的钛白生产，例如搪瓷或电焊条钛白，对铁钛比无严格要求，而在冷冻过程中钛液温度越低，则冷冻速度越慢，为了提高效率并节约能耗，其终了温度可适当控制高些，例如1014。 结晶时的搅拌速度，对晶体的颗粒大小有关。搅拌转速快，则晶体颗粒细，太细时晶体过滤速度会变慢；而搅拌转速太慢则晶体可能沉降下来，堵塞放料口，具体转速还应由搅拌器的式样来定。一般门框式搅拌机，其转速以每分钟5070转为宜。 （2）真空结晶 真空结晶的过程也是使钛液冷却至硫酸亚铁达到饱和和而析出晶体。但它没有热交换过程。钛液的热量是由一小部份溶液的蒸发吸热而得以除去的。这是因为在减压（真空）下，钛液的沸点下降而形成局部沸腾，使
28、溶剂蒸发，由于气化潜热，它需要吸收大量热量，钛液本身降温。与机械冷冻结晶相比，此法有很大的优越性，从发展目光来看，它终将代替机械冷冻结晶。 C、硫酸亚铁的分离硫酸亚铁又称绿矾，由于Fe2+的离子半径很小，又有不对称的d电子，所以经过结晶得到的是含个结晶水分子的呈淡青色的水合晶体FeSO47H2O，在结晶时会吸去钛液中的部分水分。通常用水洗回收晶粒表面吸附的钛液，并提高硫酸亚铁的品质。硫酸亚铁在水中的溶解度比在硫酸和钛液中都大。为防止硫酸亚铁的复溶引起铁钛比的相应升高，一般总是先用少量的稀钛液然后用冰水洗涤。如果水温高，并用大量水洗涤，不仅加速了硫酸亚铁的复溶，而且由于钛液浓度的降低而改变钛液的
29、组成，使稳定性下降，引起钛液品质的恶化。 硫酸亚铁与钛液的分离可用真空法和离心法来实现。使用真空抽滤器、真空园盘过滤机、卧式离心机、立式锥篮离心机、程序控制的型离心机等。离心机自动化程度高，可连续操作，钛液损耗低，显然优于真空法。 由钛液分离出来的硫酸亚铁是不纯净的，其含量应不低于90。TiO2含量不高于0.15，钛液的TiO2含量应相应提高到140175克升。 使用型离心机时，应先检查有无异物、制动装置是否良好，预先调整好油泵压力和时间继电器，然后开动主机自动控制，检查自动控制运转情况，正常后加料运行，并根据硫酸亚铁的质量和钛液浓度等的变化及时调整加料、脱液、洗涤的时间，开启钛液和硫酸亚铁输
30、送机械。 硫酸亚铁分离后，钛液由于粘度下降而引起比重下降，澄清度也由于温度下降、一些胶体（如Sb2S3等）的絮凝析出而变坏，仍需进一步净化。绿矾能溶于水和甘油而几乎不溶于乙醇，比重1.8951.898/14.8，属单斜晶系，熔点64，沸点300，在干燥空气中，风化成FeSO4.H2O白色粉末，氧化后变为呈黄色的碱式盐。D、钛液的过滤钛液过滤的目的： 经沉降和除去绿矾的钛液仍含有胶体和细小的机械杂质，它们的表面积可吸附重金属离子，如不除去，则在水解时会成为不良的结晶中心，使水解产物粒子长大，影响水合二氧化钛粒子的大小和形状，使最终成品的品质，特别是外观白度显著变坏。钛液过滤的目的，就是除去这些杂
31、质，使钛液进一步净化。钛液过滤工艺操作： 先将助滤剂用水调和，搅拌均匀，用泵打入上好滤布的过滤设备，进行循环过滤，在真空或压力的作用下，先使过滤介质上面形成一层均匀的助滤层，至循环液澄清为止。然后进行循环过滤钛液，至滤出液澄清度符合要求后，停止循环，进行正常过滤作业，得到澄清的钛液。助滤剂用量：150目硅藻土每平方米过滤面积加0.5公斤，用管滤机助滤层铺设厚度为1毫米；150目木炭粉（筛余2），每平方米1.0公斤，压滤机助滤层铺设厚度1-3毫米；稻壳灰为每平方米过滤面积加2.5公斤。 过滤介质用滤布以耐酸的长纤维240、621或901涤沦布为好；管滤机以陶瓷、特种金属微孔管为好。 以压力为推动
32、力的过滤设备，预涂助滤层和进行物料过滤时应杜绝压力波动及间断过滤，这样容易破坏助滤层，影响净化效果。过滤介质可再生。滤布（涤沦）用稀碱浸泡，陶瓷管则先用2硫酸洗涤，再用稀氢氟酸溶液清洗。6.3.5 钛液的浓缩为了制得具有优越颜料性能的钛白粉，要求水解得到的偏钛酸的颗粒细而均匀，这样对水解所用的钛液的浓度有一定的要求，用经过结晶过滤的钛液来制作是不能胜任的，因为钛液浓度低，则水解得到的偏钛酸的颗粒便会变粗。实践证明，只有钛液的TiO2含量在200g/l以上时，才能制造出具有优越颜料性能的钛白。为此，必须先要将钛液进行浓缩，使其浓度达到涂料钛白生产的要求。浓缩的基本原理：借加热的作用使溶液中一部分
33、溶剂气化而获得浓缩的过程称为蒸发。蒸发的目的是为了使溶液中的溶剂气化，因此溶剂应具有挥发性，而溶质则不应具有挥发性。对于钛液来说，水是溶剂，是可以挥发的，硫酸氧钛、硫酸亚铁和游离硫酸等是不可挥发的。按照分子运动学说，当溶液受热时，靠近加热面的溶剂分子便获得能量，当这种动能大于分子间的吸引力时，这些分子便逸出液面跑向空间变为自由分子，这就叫气化。这时气化生成的气体（蒸汽）如在空间或容器中不予除去，则蒸汽与溶液将渐渐处于平衡状态，这样气化就不能继续进行。因此进行蒸发的必要条件是热源要不断排除。在工业生产中，蒸发所生成的蒸汽又称为二次蒸汽，这是为了和作为热源的蒸汽有所区别，蒸发生成的蒸汽的排除可以采
34、用冷凝法，有间接冷凝法和直接冷凝法两种。间接冷凝在间壁冷凝器中进行，蒸汽在间壁的一面被冷凝，而冷凝剂则在间壁的另一面流动，热的传递是通过金属管壁来进行。而直接冷凝法的特点是冷却剂（如冷水）与蒸汽直接接触，故又称混合冷凝。热的传递是通过冷却剂与蒸汽直接接触来进行，因此传热效率和速率比间接冷凝法高，但得到的冷凝液全部与冷却水混合流出，故只能用于无甚价值的蒸汽的冷凝。在钛白生产中，由于钛液蒸发的溶剂是水，所以一般都采用直接冷凝法。众所周知，溶液在常温下的气化是很缓慢的，如果提高温度至沸点，此时气化速度最高，因此生产中的蒸发一般都是沸腾状态下进行。通常情况下钛液的沸点为104-114（1atm，TiO
35、2：130-230g/l），在此温度下长时间加热蒸发，钛液的稳定性会迅速下降，最终导致早期水解（钛液水解的临界温度为80），这对于制造优质的颜料钛白是很不适宜的。我们知道，液体的沸点是与压力成正比的，为了降低溶液的沸点提高蒸发的效率，浓缩蒸发常常是在减压下进行的，称为真空浓缩。真空度越高，溶液的沸点越低。为此，钛液的浓缩采取真空浓缩，以降低钛液的沸点来防止发生早期水解。为了满足钛液指标、保证钛液质量，应控制浓缩温度不超过75，这样真空度便不能低于0.073MPa。目前，国内钛白生产中钛液浓缩常用的方法有间歇式单效真空浓缩和连续式薄膜真空浓缩二种。以前者为例进行说明。A、 设备浓缩罐：一般多是为
36、钢制搪瓷反应锅或钢罐内衬耐酸陶瓷板、搪铅等以防腐，利用蛇管或夹套进行蒸汽加热，罐顶有汽液分离装置及进料阀，底部有放料阀，为了便于操作和控制，罐上还设有液位计、温度计和真空表。混合冷凝器：又称为立式逆流空位冷凝器，采用钢制或塑料制，内有几层筛板，增加汽液接触面。B、 工艺流程浓缩罐中钛液被间接蒸汽加热后在真空下达到沸点，钛液中的水分开始气化，从真空浓缩罐顶部排出进入冷凝器逆流而上，冷却水从冷凝器顶部喷淋而下，与蒸汽充分接触，冷凝后从气压管排到水封池流出系统外，经过冷凝器而未被冷凝的气体（空气或其它不冷凝性气体）从冷凝器顶部排出，经气液分离装置到真空缓冲罐，再经真空泵排入大气。从冷凝器排出的水，经
37、气压管流入水封池。整个浓缩系统是在负压下操作的，而水封池是开启式的（常压），为了使冷却水和冷凝水能从气压管底部自动排出，气压管必须有足够的高度，以便在管中保持一定的液柱，此液柱所产生的压头必须有足够的高度，以便在管中保持一定的液柱，此液柱所产生的压头必须大于外面大气压强与冷凝器中压强（冷凝器中的真空度）之差，故此冷凝器的位置必须在水封池的液面上离开至少十米的位置。6.3.6 钛液的水解钛液的水解是二氧化钛组分从液相（钛液）重新转变为固相（偏钛酸）的过程，从而与母液中的可溶性杂质分离以提取纯二氧化钛。 水解工序是硫酸法生产中及其重要的工序之一。水解作用的优劣不但影响工业生产的经济性，而且对最终产
38、品的质量有极大的关系，水解时造成的差错往往在后工序是不能挽救的。工业上对水解有如下要求：第一，水解率要高，即液相中的二氧化钛组分转变为固相的百分率要高，在不影响成品质量和性能的条件下水解率越高越经济；第二，水解产物必须是具有一定大小而均匀的粒子，组成要恒定，同时易于过滤与洗涤；第三，工艺条件要成熟易于控制；水解产物的质量要稳定，设备要简单，能适应工业生产的需要。A、水解工艺基本原理a. 盐类的水解 由弱酸或弱碱生成的盐，溶于水时，会发生水解反应，而使溶液呈碱性或酸性。例如弱酸盐醋酸钠，水解后生成微弱电离的HAC分子而释出OH-离子，使溶液呈碱性。NaAC+H2O=HAC+Na+OH- 弱碱盐氯
39、化铵，水解后则生成微弱电离的NH4OH分子而释出H+离子，使溶液呈酸性。NH4Cl+H2O=NH4OH+Cl-+H+ 反应进行到各有关浓度之比等于其水解常数值，反应便达到平衡。 如果水解的生成物是难溶物质或气体，就破坏了反应平衡，使反应继续进行，甚至可达到完全水解的程度。例如：混合氯化铝溶液和碳酸钠溶液时，溶液中便发生相当于碳酸铝完全水解的反应。2AlCl3+3Na2CO3 = 6NaCl+Al2(CO3)3Al2(CO3)3+3H2O2Al(OH)3+3CO2 影响盐类水解度的因素，有溶液的温度、所含盐的浓度和溶液的pH值。因为水解反应是吸热反应，所以提高反应温度促使平衡向水解方向移动，增加
40、水解的程度。降低溶液中所含盐的浓度有利于盐的电离，也能使水解程度提高。但对水解率影响最大的是pH值，因为在盐类达到水解平衡之后，加入H+或OH-便能破坏平衡使反应向顺或逆向移动。如对弱酸强碱的盐，若提高溶液的酸度能抑止盐的水解使水解平衡向逆方向移动。所以对于铁（Fe3+,Fe2+），铝（Al3+），锰（Mn2+），铜（Cu2+）,镍（Ni2+）,钒（VO2+）,铅（Pb2+）等金属的硫酸盐或盐酸盐，它们在酸度较高的溶液中一般不会水解，生成相应的氢氧化物沉淀。 在硫酸法钛白生产过程中，由于钛液的酸度很高，所以在热水解过程中它所含的杂质金属离子受到酸度的抑制而不会水解。 b. 钛液的水解反应 钛液
41、的水解与一般盐类的水解有所不同，它没有一个固定的pH值，只要在加热或者稀释的条件下它即能水解而析出氢氧化钛的水合物沉淀。甚至在酸度极高（如含H2SO4 400500gl）时，经长时期的煮沸也会析出沉淀。因此在水解前的各工序中，钛液的温度应控制在70以下，同时也应避免过分稀释以免发生早期水解的危险。 在常温下用水稀释钛液时，析出的是胶体氢氧化钛沉淀。这种水合物即使在常温下也很易溶于有机酸、稀的无机酸、碱以及钛盐溶液中，这样的溶液具有明显的胶体特征。这种水合物的组成接近于二氧化钛二水合物TiO22H2O或者Ti(OH)4。TiOSO4+3H2OTi(OH)4+H2SO4 当水合物陈化时，例如经过加
42、热则失去胶体特征和易于胶溶的能力，也丧失了易溶于有机酸、弱酸、碱和钛盐溶液的能力。此时，其组成也发生变化，接近于一水合物TiO2H2O或者TiO(OH)2。 由于钛的氢氧化物具有两性的特征，且偏酸性，故可把它们看成是钛酸，Ti(OH)4就是正钛酸或钛酸H4TiO4；TiO(OH)2就是偏钛酸或钛酸H2TiO3。经x射线分析表明，正钛酸是无定型化合物，而偏钛酸具有不太明显的晶体结构，它与锐钛型二氧化钛的晶体结构完全相同。据此可以认为钛酸实质上是高分散和活性状态的二氧化钛，它牢固地吸附着一定数量的水。 如果将钛液加热使其维持沸腾也会发生水解反应，生成白色偏钛酸沉淀。这是硫酸法钛白生产，在工业上制取
43、偏钛酸的唯一方法。TiOSO4+2H2OH2TiO3+H2SO4 水解生成的偏钛酸具有无定型结构或者不明显的锐钛型微晶体结构，其直径为310微米，它们按一定的方向(2030)配位成为胶粒。胶粒在硫酸盐离子的作用下加速凝聚，构成凝聚体(偏钛酸)而沉析出来。它决定着二氧化钛粒子的大小。凝聚体的大小为0.42.0微米(基本上为0.550.75微米)，它的比表面积约为6070m2/克。由于比表面积很大，所以能够吸附相当数量的水和硫酸根离子。每克分子偏钛酸约吸附0.1克分子SO42-，所以H2TiO3的组成近乎是10 H2TiO3SO3。也有些报道认为凝聚体的大小仅0.60.7微米，这些颗粒是由大约10
44、00个6075毫微米的小微粒胶凝而成，每个微粒约含有20个20A的微晶体，这是加到溶液中去的晶种。 水解过程中，不仅发生粒子凝聚成为偏钛酸沉淀而析出，而且以前析出的沉淀会重新溶解，然后又以组成改变了的固相形态析出。偏钛酸的具体结构比较复杂，而且因水解条件的不同而各有所异。我们可以TiO2xSO3yH2O来表示，式中x和y都是不固定的。因此工业上的水解产物的正确名称应是水合二氧化钛而不是偏钛酸，但为简便通俗，以后仍称偏钛酸。 水解在三氧化钛生产中极为重要，水解的条件决定着微晶体、胶粒和粒子的大小，归根到底也就是决定着最终产品的质量。 以上就是通常所说的钛液的热水解过程。此反应是在较高的酸度下进行
45、的，并且随着反应的进行，偏钛酸的析出，使结合着的酸游离出来，增加了游离酸的浓度。由于其他金属盐类只能在很低的酸度下才能发生水解而残留在母液中（俗称废酸），因而析出的偏钛酸应是“纯净”的。然而，在实际生产时，偏钛酸总会含有杂质，这是由于它具有很大的比表面积而吸附杂质，而且它是胶粒的凝聚体，在凝析聚沉时会夹着杂质共同沉析。 B、钛液热水解过程的步骤 根据研究结果表明，水解过程大致可以分为以下三个阶段。 a. 第一阶段-晶核的形成 水解的第一步，是从完全澄清的溶液中析出第一批极为微小的结晶中心，称为晶核。不同的水解条件，得到的是不同数量和具有不同组成的晶核。晶核的数量与组成决定了水解沉淀物的组成，也
46、决定了最后成品的性质。因此水解是二氧化钛生产中最主要的一环，而形成结晶中心是水解过程中最重要的一环。 在实际生产中，生成晶核有二种方法，一种是在原来溶液中培养晶核，即所谓自生晶种；另一种是另外制造晶核，而后把它引人澄清的溶液中去，即所谓外加晶种。 b. 第二阶段-晶核的成长与沉淀的形成 当晶核形成后，如果使水解作用继续进行，则根据结晶原理，在晶核表面便发生钛的固析。这就促使晶核逐渐累积长大，当达到相当大小时便成为沉淀而沉析出来。 c. 第三阶段-熟化沉淀物的组成以及溶液组成，随着水解作用的进展而改变当沉淀物开始析出后，水解作用仍以较大的速度在进行，晶体继续成长。在这阶段里，溶液的成分随着沉淀而不断变化。TiO2的含量逐渐降低，而游离酸浓度不断提高。这个变化直接影响了沉淀物的组成，能使沉淀的粒子局部溶解，而后又重新析出新组成的沉淀，也可能是固体沉淀物的直接转化。这个过程不断继续直到水解完全，溶液中只剩下极少数的钛及