硫酸法鈦白粉的生產(chǎn)--酸解浸取還原

1、硫酸法鈦白粉的生產(chǎn)-酸解、浸取、還原一、酸解方法根據(jù)參與反應(yīng)的硫酸濃度和最終反應(yīng)產(chǎn)物的狀態(tài)，鈦鐵礦酸解的方法有液相法、兩相法和固相法三種。1 .液相法采用55%-65%的硫酸，酸解反應(yīng)在液相進行，反應(yīng)溫度為130C-140C,反應(yīng)時間為12-16h,為了防止早期水解，酸比值（F）控制在3-3.2,直接得到硫酸鈦溶液。2 .兩相法采用65%-80%的硫酸，反應(yīng)溫度為150-200C,反應(yīng)時間為6-8h,F值控制在1.8-2.2，加熱至有沉淀析出為止，所得產(chǎn)物呈糊狀，加水浸取后，生成懸浮溶液，反應(yīng)率達85%90%。3 .固相法采用80%以上的硫酸，反應(yīng)劇烈迅速，在5-30min內(nèi)完成，反應(yīng)最高溫度

2、達250C,由于硫酸的沸點為338C,所以能夠適應(yīng)這一要求。所得產(chǎn)物為周相物，然后加水浸取為溶液，控制F值在1.6-2.0，最高酸解率可達97%。二、固相法酸解的優(yōu)點液相法和兩相法酸解的反應(yīng)時間長，耗用硫酸多，鈦鐵礦的分解率低。與這兩種方法比較，固相法具有下列優(yōu)點：耗用硫酸量最少；反應(yīng)最迅速，可減少加溫時間，縮短生產(chǎn)周期，提高設(shè)備利用率和產(chǎn)量，節(jié)約燃料；酸解率最高；溶液F值比較低，有利于后期水解的進行；設(shè)備強度大，生產(chǎn)能力高。正是由于固相法酸解的優(yōu)點多，所以工業(yè)生產(chǎn)一般都采用固相法。三、酸解發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)鈦鐵礦的化學(xué)組成是偏鈦酸亞鐵(FeTi03),它是一種弱酸弱堿鹽，能與強酸反應(yīng)，并能進行得

3、比較完全。硫酸分解鐵鐵礦的反應(yīng)一般認為是按下列反應(yīng)式進行：FcTiOj*-Ti(S()2+RS(h+3HrOFeTiQj+SfhSCX-TiOSCh+FSO*+2H;O(2)也可以把Ti6穗作是tl帙If%。TiOi的一件<1拄成分,K上列反應(yīng)式可寫應(yīng)工TiO*+2H之SO*TitSOe+2HRTiOj+HfSO*TiOSO.+H:(1(4)軾鐵丁中的帙*明推下列反應(yīng)式迸行反胞EFcO+H工SO.FcSt+Hzt)(5)F0+3HhSO*-Fcj(SO4>j+3H2()從上述反應(yīng)式可知，反網(wǎng)結(jié)果帶到的是蝮戰(zhàn)伙Ti(S(X)rjl電酸粗被fTHKSOU,堿酸正帙(FcSX).ftiW

4、Aft和水.<K酸粒效的生成,也可稅為破酸被M步水解的產(chǎn)物iTKSOEfH:()TiOSO<4-H：S<Jt酸解后生成的硫酸鈦和硫酸氧鈦之間的比例，由酸解條件而定，從反應(yīng)式(1)、反應(yīng)式(2)可以看出，每生成lmol的硫酸鈦，需要2mo1的硫酸，而每生成lmol的硫酸氧鈦，只需要1mol的硫酸。由此可見，硫酸過量得越多，越有利于反應(yīng)的進行，且生成硫酸鈦。四、有效酸在酸解產(chǎn)物浸取所得的鈦液中，硫酸主要以三種形式存在：與鈦結(jié)合的硫酸；與其他金屬(主要是鐵)結(jié)合的硫酸；未被結(jié)合，過剩的游離酸。由于無法單獨測定與鈦結(jié)合的酸和游離酸，只能測定這二者的總和，因此就把這兩者的總和稱為有效酸

5、。有效酸=與鐵結(jié)合的酸+游離酸同樣的鈦液，如果經(jīng)過濃縮或稀釋，其濃度變化了，但其性質(zhì)仍沒有變化。五、酸比值及其影響因素，酸比值的高低將產(chǎn)生的影響鈦液中有效酸與總鈦含量之比值稱為酸比值,酸比值又稱酸度系數(shù),通常用F來表示：F二.直型酸壁度=與鈦結(jié)合酸卜游離酸_總TiQ濃度總也含一從公式看，游離酸、與鈦結(jié)合酸和總TiO2含量等三個因素會影響F值。但是F值只是一個酸比值，它在很多情況下，并不能說明一些本質(zhì)的問題。例如，鈦液經(jīng)過濃縮或稀釋后，其總TiO2濃度和有效酸濃度變化了，但其性質(zhì)和F值是保持不變的，溶液中硫酸氧鈦與硫酸鈦的比值改變時，游離酸也隨之而變，但是其F值卻不會改變；有效酸的測定由于終點不

6、夠明顯，也容易出現(xiàn)誤差，因此F值只能作為生產(chǎn)參考,對其數(shù)值要結(jié)合工藝過程進行具體分析。F值的高低，除了能顯示鈦液中鈦的組成、能評價酸的效果與質(zhì)量外，還會影響水解速率、水解率和水解產(chǎn)物偏鈦酸的結(jié)構(gòu)。六、固相法酸解所得鈦液可用硫酸氧鈦表達假若鈦液中的有效楂正好全部與鈦結(jié)合成硫酸鈦而沒有源高酸存在,則根據(jù)分子式可知，每】n】。！鈦需要與2moi破酸結(jié)合，此時醵比值應(yīng)為廣】警/普裝”一TtQj分子量79.9匕45;假若鈦液中全部是硫酸輒鈦3108。?。?也沒有游離酸存在，則根據(jù)分子式可知，每1m?！库伵cImo1破酸結(jié)合.此時酸比值應(yīng)為，產(chǎn)=與洛著:3磊=1.22g,在酸解后的軾液中，既有硫酸鈦，也有硫

7、酸氧鈦。可以認為，如果全部是硫酸鈦，則其F值應(yīng)為2.45,再加上鐵液中尚有一定量的游離酸，那么，其F值更應(yīng)該大于2.45。但是周相法浸取所得的鈦液的F值，一般只有1.6-2.0，其F值遠遠沒有達到2.45,更沒有超過2.45,因此鐵液中硫酸鈦的含量不會很多，而鐵液的F值2.45時，都說明其含量是以硫酸氧鈦為主。固相法鈦液的F值只有1.6-2.0,就可以用硫酸氧鈦表達。在酸解反應(yīng)的200c以上，反應(yīng)物水和反應(yīng)生成的水都已蒸發(fā)了，具備生成Ti(S04)2的條件，但是用酸礦比為(1.45-1.55):1,不足以將鈦變成Ti(S04)2,所以在固相物中還存在TiOS。Ti(S04)2只存在于固相物，一

8、旦浸取遇水即水解生成TiOS。，因此鈦液的鈦均以TiOSO的形式存在。七、與鈦結(jié)合酸和游離酸的計算與軾睛合陳含卡總TgT”窄%了荽:二宵能般含量一帶富酸含量與帙玷會嘛總秩M械X巨聾雷結(jié)國萌南MiltM=#戒融看盤一巧伙靖合承霄熟酸3一9it結(jié)合艘含與鐵結(jié)今辭才*八、F值與FOA值的關(guān)系F值證有效酸含與總Ti。雷址的比僮，旗史源募觸畬與被玷合觸含量的比值.設(shè)R是苴液全部為破IR*位.曲*酸*為。時，IeMTit)：與imM收第結(jié)合的F偵F口彘。1.2相Nh與茸站分超電才_與*一FQA-二一_丁述»Fj與丁埼合,I-fib;至鼠FOA=F-1/2gFj1.2265則FFOAXL226S+

9、1,2£65=(FOA+1)XL2265固相法酸解得的鈦液，一般F值在1.6-2.0之間，則FOA就在30.45%-63.07%之間。F值每相差0.1,則FOAfi相差8.15%,使用FOAfi來表示，更易于控制。九、鈦液的穩(wěn)定性及其對生產(chǎn)的影響穩(wěn)定性又稱穩(wěn)定度，就是在鈦白粉生產(chǎn)中，鐵液在條件變化的情況下，有發(fā)生早期水解而析出白色膠體粒子的傾向，這種傾向的強弱程度稱為鈦液的穩(wěn)定度。表示這種傾向強弱的特性稱為鈦液的穩(wěn)定性。鈦液的穩(wěn)定性是以每毫升鈦液,用25c的蒸儲水稀釋到剛出現(xiàn)白色渾濁時，所需要蒸儲水的毫升數(shù)來表示:用水總毫升數(shù)濃鈦液毫升數(shù)穩(wěn)定性是衡量鈦液質(zhì)量好壞的重要指標。一般顏料級

10、加壓水解鈦液的穩(wěn)定性控制在K>350;常壓水解鈦液可以放寬到K>300。要是出現(xiàn)穩(wěn)定性差的鈦液，則會對鈦白粉生產(chǎn)帶來下列不良影響：鈦液容易出現(xiàn)早期水解而生成膠體微粒懸浮于鈦液中，造成沉降和壓濾的困難，以至于影響產(chǎn)量的提高；鈦液產(chǎn)生的含鈦膠體微粒，最終要跟殘渣一起沉降而被除掉，使鈦的回收率降低；鈦液屬于非顏料級鈦液，只能生產(chǎn)出低檔的搪瓷鈦白粉，這種鈦白粉價格較低；鈦液后期水解所生成的偏鈦酸，有一部分粒子較小，容易造成水洗穿濾流失，直至鍛燒時從煙囪飄散不少，使回收率降低；這種鈦液本身就已經(jīng)產(chǎn)生早期水解而生成有膠體微粒，這種膠體微粒極易穿過濾層而存在于鈦液中，到后期水解時，成為不良的結(jié)晶

11、中心，使水解得到的偏鈦酸粒子大小不均勻，容易吸附較多雜質(zhì)，不僅使水洗時間延長而影響產(chǎn)量，還使產(chǎn)品帶色影響白度。同時不規(guī)則的小顆粒多，還會造成鍛燒時易燒結(jié)，而使產(chǎn)品的白度、消色力和分散性能降低，影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。十、鈦液的早期水解及影響鈦液穩(wěn)定性的因素一般來說，從酸解后到未進行后期正式水解之前，鈦液中不應(yīng)含有偏鈦酸和正鈦酸這兩種膠體粒子，但是有時在鈦液的浸取、還原、輸送和存放過程中，由于操作不當或條件變化，而在鈦液中出現(xiàn)上述兩種白色膠體物質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為鈦液的早期水解。要想了解影響鈦液穩(wěn)定性的因素，還得從鈦鐵礦的酸解和鈦液的水解中去找原因。1 .由酸解的反應(yīng)式(1)、反應(yīng)式(2)比較可知，在相同

12、的鈦鐵礦下，反應(yīng)式(1)用酸多，得到的是穩(wěn)定的硫酸鈦，而反應(yīng)式(2)用酸少，得到的是不穩(wěn)定的硫酸氧鈦，說明酸解時用酸多對提高鐵液的穩(wěn)定性有好處。鈦液水解的主要反應(yīng)式如下：Ti(SO4)2+H:OTiOSOi+H?SO4-QJrLTiOSO+2Hz()TiO(OH)3；+H2SO4-Q(8)TiOSO4+3H2O=Ti(OH)44-H3SO4-Q(9)從反應(yīng)式(7)、反應(yīng)式(8)、反應(yīng)式(9)可知，三個水解反應(yīng)都生成新硫酸，說明鈦液中酸多會使水解反應(yīng)可逆，可以抑制早期水解的發(fā)生。所以酸解時用酸較多或浸取時加廢酸較多，使鈦液中含酸濃度增大，對提高鈦液的穩(wěn)定性有好處。從實驗可知，取濃鈦液1mL,測得

13、其穩(wěn)定性為400;若取同樣的濃鈦液1mL再加人濃硫酸1滴，結(jié)果測得其穩(wěn)定性為450,說明多加酸其穩(wěn)定性會提高。2 .從水解的反應(yīng)式(7)、反應(yīng)式(8)、反應(yīng)式可知，水是反應(yīng)物，按化學(xué)反應(yīng)規(guī)律，增加反應(yīng)物會使反應(yīng)向右進行，增加了水，就增加了反應(yīng)物，就有利于水解的進行，而使鈦液不穩(wěn)定，說明水多沒有好處。由反應(yīng)式(8)、反應(yīng)式(9)比較可知，在同等的硫酸氧鈦的情況下，反應(yīng)式加水多，反應(yīng)式(9)在冷的條件下也能發(fā)生水解反應(yīng)。由此可見，在相同的條件下，鈦液越稀(水越多)其穩(wěn)定性就越差。3 .從反應(yīng)式(7)、反應(yīng)式(8)、反應(yīng)式(9)三個水解反應(yīng)式可知，鈦液的水解是吸熱反應(yīng)，因此加熱會使反應(yīng)向右進行，會促

14、進鈦液發(fā)生早期水解而使鈦液不穩(wěn)定。從實驗可知，同是1mL鈦液，在12C,K=500;在25C,K=400;在65C,K=200;在100C,K=0b由此可見，溫度上升，鈦液的穩(wěn)定性下降，加熱對鈦液的穩(wěn)定性不利。綜上所述，影響鈦液穩(wěn)定性差的主要原因是酸少、水多、加熱。那么要提高鈦液的穩(wěn)定性，就必須針對鈦液的酸度、濃度、溫度這三個主要因素進行分析研究并加以控制。1 .酸度酸解用酸多既可提高鈦液的穩(wěn)定性，又可使酸解反應(yīng)較完全而提高酸解率，但是用酸過多，既會增加硫酸的消耗，增大鈦白粉的生產(chǎn)成本，又會增大后工序鈦液后期水解的困難，因為從水解反應(yīng)式可知，酸多會使水解反應(yīng)可逆，偏鈦酸粒子難以長大，水解率降低

15、，水洗時由于偏鈦酸粒子細而出現(xiàn)穿濾流失造成損失。因此要權(quán)衡利弊，優(yōu)化出一個既使鈦液穩(wěn)定，不至于出現(xiàn)早期水解，又要有利于后期水解的最佳用酸量。根據(jù)酸解反應(yīng)式計算，要想得到穩(wěn)定性高的硫酸鈦，則要按反應(yīng)式(1)反應(yīng),這樣其酸礦比是1.932:1，也就是說，1噸鈦鐵礦要用1.932噸的硫酸；要想得到穩(wěn)定性差的硫酸氧鈦，則要按反應(yīng)式(2)反應(yīng)，這樣其酸礦比是1.29:1,也就是說，1噸鈦鐵礦要用1.29噸的硫酸。除此之外，其他化合物特別是鐵的氧化物也要消耗一定量的酸。一般來說，酸礦比越大，用酸越多，鈦液就越穩(wěn)定；酸礦比越小，用酸越少，鈦液就越不穩(wěn)定。從理論分析和實踐應(yīng)用證實，加壓水解流程采用酸礦比在(1

16、.50-1.60):1為最佳比值；常壓水解流程采用的酸礦比在(1.45-1.55):1為最佳比值。究竟采用多少才適宜，還要視鈦鐵礦的質(zhì)量、工藝要求的酸度和浸取時是否加廢酸及廢酸加人量而定。2 .濃度酸的濃度使用硫酸的濃度和控制反應(yīng)時硫酸的濃度，對鐵液的穩(wěn)定性影響較大。使用時硫酸其濃度大于96%時，酸解反應(yīng)所得到的固相物硬實，多孔性差，浸出時很難溶解，所得鈦液的穩(wěn)定性會下降，當然酸解率也低；若使用的硫酸濃度小于92%,則酸解后的固相物不易固化，甚至呈糊狀，反應(yīng)不完全，浸出所得的鐵液穩(wěn)定性也差，還會造成沉降等凈化的困難，酸解率也不高。一般使用硫酸的濃度在92%-96%之間為宜?，F(xiàn)在很多廠家都摸索并

17、掌握了濃酸反應(yīng)的規(guī)律而直接采用98%的硫酸進行酸解。反應(yīng)時硫酸的濃度大于90%則反應(yīng)溫度高，使反應(yīng)初期的生成物在反應(yīng)結(jié)束時已發(fā)生早期水解而使鈦液不穩(wěn)定；反應(yīng)時硫酸的濃度小于85%,浸取所得鐵液的穩(wěn)定性也差，一般控制反應(yīng)時硫酸的濃度在85%-90%之間。實踐證明，使用越濃的硫酸，反應(yīng)時稀釋的濃度要偏低限；使用較稀的硫酸，反應(yīng)時稀釋的濃度要偏高限。不過使用稀酸時，由于酸解加水較少，水與硫酸作用產(chǎn)生的熱量少，常常需要用加蒸汽的方法來提高引發(fā)熱，才能獲得較好的酸解效果。鈦液的濃度較少、鈦液的Ti02濃度較高，溶液不容易析出膠體顆粒，穩(wěn)定性較好；水太多，浸取的濃度太低，則鈦液不穩(wěn)定，容易發(fā)生早期水解，同

18、時對后期水解產(chǎn)物偏鈦酸的顆粒大小和結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生不良影響，還會增加濃縮的工作量。為此在加水浸取時，必須嚴格控制，相對密度一般控制在1.5-1.55之間，即總Ti02含量要120g/Lo為了減少水分，在將鈦液結(jié)晶時，除去大部分硫酸亞鐵的同時，也帶走了大量的結(jié)晶水，使鈦液的總Ti02濃度得到提高，有利于鈦液穩(wěn)定性的提高。為了減少水分，還必須將鈦液進行濃縮，使其繼續(xù)除去一部分水，使總Ti02含量達到（200±5）g/L（加壓水解）或215-230g/L（常壓水解），以利鈦液濃度增大、穩(wěn)定性提高和后期水解時制出具有優(yōu)越顏料性能的鈦白粉?；谒岫刃?、濃度低（水多）會引起鈦液穩(wěn)定性差，易出現(xiàn)早期水

19、解現(xiàn)象，因此洗殘渣、洗硫酸亞鐵晶體、洗設(shè)備的水，盡量不用大量的自來水，而用少量的廢酸水。3.溫度溫度上升，鈦液的黏度下降，這對雜質(zhì)顆粒的沉降有利，但是對鈦液的穩(wěn)定性卻不利。因為溫度過高，鈦液的穩(wěn)定性下降，會出現(xiàn)早期水解。鈦液要采取負壓蒸發(fā)濃縮的原因，一就是因為常壓蒸發(fā)溫度高，鈦液穩(wěn)定性下降，很快就會出現(xiàn)早期水解。而鈦液水解的臨界溫度為80C,采用真空濃縮，沸點可以降低到80c以下，這樣既保證了水分的大量蒸發(fā)，又保證了不會出現(xiàn)早期水解。由此可見，溫度上升，鈦液的穩(wěn)定性下降，溫度下降對鈦液的穩(wěn)定性有利。一般浸取時控制溫度要小于75C,凈化時控制溫度在（60士5）C。若鈦鐵礦中三價鐵含量高，其酸解浸

20、取所得的鈦液其穩(wěn)定性會差一些。原因之一是三價鐵含量高，其酸解反應(yīng)放出的熱量多，溫度高，反應(yīng)劇烈，有時甚至出現(xiàn)冒鍋現(xiàn)象，極容易出現(xiàn)早期水解而使鈦液不穩(wěn)定；原因之二是三價鐵含量高，酸解反應(yīng)本身就需要多消耗硫酸，況且制出的鈦液需要很多鐵屑（或鐵粉）來將三價鐵還原成二價鐵，而多消耗鐵屑還原，也需要多消耗硫酸，這些消耗的硫酸屬于無效酸。在定量的酸中，無效酸多了，相對來說有效酸就少了，即游離酸少了，這樣鈦液的穩(wěn)定性就會下降。影響鈦液穩(wěn)定性的三個因素作用順序為：溫度酸度濃度。在較低的溫度和較弱的酸度下，濃度高，含水少，鈦液較穩(wěn)定；濃度低，含水多，鈦液穩(wěn)定性差。但是在溫度高、酸度大的情況下，鈦液濃度的高低影響

21、鈦液的穩(wěn)定性居次要地位。在80c以下，鈦液的穩(wěn)定性隨酸度的增大而提高。但是在80c以上甚至更高的溫度下，酸度偏大的鈦液也不穩(wěn)定，也能進行熱水解而生成偏鈦酸，只不過酸度大，水解將受到一定程度的抑制，甚至難以水解，水解得到的偏鈦酸粒子偏小，水解率也偏低。當然酸度很大的話，那就不是抑制水解的問題了，而是反應(yīng)可逆，生成的偏鈦酸被溶解的問題了。十一、酸解鍋的構(gòu)造及酸解操作酸解鍋的構(gòu)造是：外殼為鋼板，鍋內(nèi)先搪一層鉛，然后用耐酸膠泥砌上兩層耐酸磚；煙囪用鋼襯兩層耐酸磚，或用厚的硬聚氯乙烯塑料板制成，要大一些，使反應(yīng)產(chǎn)生的大量水蒸氣、S0、SQ等氣體能及時排出；錐底的分布板用鉛或耐酸陶瓷制成，開孔的角度要保證

22、壓縮空氣能均勻地吹到反應(yīng)鍋的四周而不留死角，好讓固相物溶解完全，大型酸解鍋的分布板常設(shè)計成泡罩形，有利于壓縮空氣分布均勻和防止雜物堵塞孔眼；放料閥既要耐溫、耐腐蝕，又要能滿足放料、通壓縮空氣、通蒸汽的功能；國內(nèi)通常使用的容積為12-50m3,國外一般為90m,引進國外的3套裝置的容積都為130m,酸解每鍋投礦為27-30噸。酸解鍋的高度（含錐底部分）是直徑（圓柱部分）的兩倍。錐底夾角a為60。酸解鍋的構(gòu)造如下圖所示。腋*蟒的構(gòu)造酸解的操作：在我國引進的技術(shù)中，酸解前普遍采用原料硫酸預(yù)稀釋和礦酸預(yù)混合。酸解是在酸解鍋中進行的。在錐底通人壓縮空氣強烈地攪拌下，先按配方投人硫酸，然后投人礦粉，使礦粉

23、與硫酸充分混合，再加定量的稀釋用的廢酸水，繼續(xù)攪拌，由于廢酸中的水與硫酸發(fā)生水化作用而生成大量的熱，使鍋內(nèi)物料的溫度上升很快。再用蒸汽直接加熱（若水化熱已足夠引發(fā)主反應(yīng)，就不必外加熱）。當鍋內(nèi)反應(yīng)物溫度升高到80-120C時，立即停止加熱，一般加完稀釋廢酸水后10-20min,即發(fā)生劇烈反應(yīng)。由于反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)物的溫度會急劇上升，在數(shù)分鐘內(nèi)達到最高溫度（約250C）o在這一階段內(nèi)，反應(yīng)非常劇烈，酸解鍋會出現(xiàn)可以察覺到的震動感，同時排出大量的SO、SO和水汽，反應(yīng)經(jīng)過黏稠階段而逐漸凝固成多孔的蜂窩狀固相物。主反應(yīng)結(jié)束后，停止鼓人壓縮空氣，讓其熟化一段時間，使其繼續(xù)反應(yīng)而反應(yīng)得更完全，有利于

24、提高酸解率。熟化時間過后，即通人壓縮空氣進行助冷，當冷卻到90-120C,即加廢酸、淡鈦液和自來水進行浸取。然后加鐵屑（或鐵粉）進行還原，即得到鈦液。有時加鐵屑還原時，反應(yīng)劇烈，有氣泡冒鍋，可撒人少量洗衣粉消泡。國內(nèi)鈦白粉廠的浸取，大都是從鍋頂一次性加人，這樣浸取液自上而下地滲人周相物，受到從底部上升的用來攪拌的壓縮空氣流阻撓，滲人的速度較慢，位于固相物上部的浸取液的酸度不能很快提高，加水量又大，溶液濃度稀，酸度小，就會或多或少地發(fā)生早期水解，導(dǎo)致沉降效果的惡化。國外有采用將少量廢酸加人洗渣水和洗硫酸亞鐵晶體的淡鈦液中，然后將其從酸解鍋的底部加人，這樣，容易將固相物空隙中的空氣排出，而且酸水在

25、上升的過程中，酸度逐漸提高，當酸水充滿固相物時，開始用壓縮空氣攪拌，這時周相物上部的溫度可達80C,但不會產(chǎn)生早期水解現(xiàn)象。原因是溫度高的浸取液，酸度也高，隨著水的繼續(xù)加人，溫度很快降到70c以下。十二、酸解率和提高酸解率的方法溶液中可溶鈦總量（以Ti02計）占所投鐵鐵礦中所含鈦總量（以Ti02計）的百分比，稱為酸解率：.宓，0/溶液中總鈦含量X/1門門酸解率"）一礦粉中總鈦含量X100可以從下列八方面提高酸解率。1 .適當延長熟化時間酸解反應(yīng)后要進行熟化，其目的是讓固相物逐漸冷卻，在這個冷卻過程中，讓一部分未酸解的礦粉繼續(xù)與存在的游離酸作用，以利提高酸解率。熟化時間長，酸解率得到提

26、高，但固相物溫度低，浸取速度慢；熟化時間短，固相物溫度高，浸取時間短，但酸解率抵。一般根據(jù)酸解鍋容積的大小、投礦量多少、室溫高低而控制在1-6h,投礦量大，熟化時間要長，投礦少，熟化時間要短。筆者做過這樣的試驗，在12m的酸解鍋中，熟化時間由3h縮短到1h,其酸解率并未見降低。對此筆者認為，在酸解劇烈反應(yīng)階段，硫酸濃度大、反應(yīng)溫度高，能起反應(yīng)的礦都應(yīng)該起反應(yīng)了。而反應(yīng)后，特別是再經(jīng)熟化1h后，酸度和溫度都大為降低。這樣，寄望于延長熟化時間來提高酸解率是有困難的。延長了熟化時間，只能延長酸解周期，影響到產(chǎn)量的提高。2 .適當提高反應(yīng)硫酸的濃度硫酸是一種活潑的強酸，可以任何比例溶于水，同時放出大量

27、熱，硫酸濃度對酸解反應(yīng)影響較大，在酸礦比一定時，適當提高反應(yīng)硫酸濃度，有利于加快酸解速度和提高酸解率。大于96%的硫酸比92.5%的硫酸反應(yīng)急劇，這不僅因為將其稀釋至工藝要求時放出的熱量多，而且由于濃度增大時，H離子和S0離子滲人鈦鐵礦物表面裂縫中的概率增大，使H-SO2-4離子對的偶極作用和固體表面的在位作用加強而使鈦鐵礦的分解速度加快。3 .適當提高酸礦比酸礦比越高，反應(yīng)越完全，酸解率也越高。但過高的酸礦比使硫酸單耗上升，而酸解率的提高卻不顯著。4 .適當提高酸解溫度鈦鐵礦粉與硫酸的分解反應(yīng)，本身會放出大量的熱，反應(yīng)式如下：TiO2+H2SO4-TiOSO4+HaO+24.41kJFeO+

28、H2sd一FeS()4+H2O+12L22kJFCh+3H2SO*-Fez(SO*)3+3H之O+14L28kJ一般情況下，開始時物料需要適當加溫，以引發(fā)酸解反應(yīng)，這種引發(fā)熱，常常是在加人稀釋的廢酸時，由于水與濃硫酸作用而產(chǎn)生一定量的熱，若所產(chǎn)生的這些熱尚未達到引發(fā)熱的要求，則要外加蒸汽加熱；若這些熱已足以達到引發(fā)熱的要求，則不必再加熱。一般來說，溫度越高，反應(yīng)越劇烈，也越完全，酸解率也越高，但是酸解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，當引發(fā)反應(yīng)開始時便放出大量的熱，使反應(yīng)溫度迅速上升，短時間內(nèi)達到200c以上。要是事先估計不足，加熱過多，物料溫度過高，例如130C,則會使主反應(yīng)來得過早，不僅會使反應(yīng)過于猛烈而發(fā)

29、生冒鍋或早期水解現(xiàn)象，還使酸解率降低，甚至生成的固相物難以浸取；如果加溫過低，例如60C,則引發(fā)主反應(yīng)的時間長，反應(yīng)不劇烈，容易生成難溶的固相物，酸解率也低。主反應(yīng)結(jié)束，立即停止吹風(fēng)，繼續(xù)保持高溫，有利于提高酸解率。5 .礦粉粒度小而均勻礦粉粒度越大，反應(yīng)越慢，甚至有些粗顆粒不反應(yīng)，而使酸解率降低；礦粉粒度不均勻，有粗有細，在反應(yīng)時，細粒先反應(yīng)，細粒反應(yīng)后，硫酸濃度降低了，粗粒反應(yīng)不完全，酸解率也低。6 .攪拌要均勻反應(yīng)前攪拌不均勻，有未擴散的礦粉團，會影響酸解率。攪拌得太猛，物料過多地濺在鍋壁上，無法反應(yīng)，也會降低酸解率。7 .選用好礦選用酸溶性好的礦，鈦溶出率高，酸解率也高；由于金紅石型礦

30、極難被硫酸分解，因此必須選用金紅石成分少的礦，方能提高酸解率。8,避免發(fā)生早期水解和出現(xiàn)不溶的固相物。因為出現(xiàn)這些現(xiàn)象都會使酸解率降低。十三、濃硫酸和廢硫酸加入量的計算酸解時濃硫酸和廢硫酸的加人量可以采用下列計算公式進行計算：*+Py喑解二元一次方程可得下式:仃P(guān)flC2fGf*工y-p式中x一濃硫酸加量，kg;y一廢硫酸加量，L；f一酸礦比；C1濃硫酸濃度，;C2一廢硫酸濃度，;p一廢硫酸密度，kg/L;C3一反應(yīng)時硫酸濃度，;G一礦粉投料量。【例】試計算，投礦粉3100kg，酸礦比為1.55:1,濃硫酸濃度為95%,廢硫酸濃度為21%,廢硫酸密度為1.lkg/L,反應(yīng)時硫酸濃度為87.5%

31、,求應(yīng)加濃硫酸和廢硫酸各多少？解：設(shè)應(yīng)加濃硫酸為xkg,應(yīng)加廢硫酸為yL則PfLS=31OOXL55*1X0.875-0.2!qPci-ct6875-L1X0,95-0.2=49血86(kg)口y=應(yīng)加派硫酸為4918.86kg,底加廢娥酸493.24"十四、影響浸取的因素1 .固相物的多孔性若固相物為多孔物，則遇水易滲人微孔內(nèi)部，接觸面大，極易溶解；若固相物硬實少孔，則難以浸取。2 .固相物的溫度固相物溫度高有利于浸取。但是80C,易使鈦液穩(wěn)定性變差，甚至發(fā)生早期水解。3 .浸取的濃度浸取鈦液的濃度越高，則浸取越慢，但濃度不能過低，過低會發(fā)生早期水解，會增加濃縮的工作量，甚至對水解

32、產(chǎn)物偏鈦酸的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響。4 .是否發(fā)生早期水解固相物如發(fā)生不同程度的早期水解，浸取時就有大量僵塊，溶化不掉，影響浸取速度。5 .加浸取水的速度加浸取水的速度要與固相物的溶解速度相適應(yīng)。一般來說，設(shè)備大加水速度要快，設(shè)備小加水速度可慢些。十五、固相物的浸取操作根據(jù)影響鈦液穩(wěn)定性的酸、水、熱的關(guān)系，在鐵鐵礦與硫酸進行酸解以后，對固相物浸取時，一開始溶液濃度低、酸度小、溫度高，易發(fā)生早期水解，即易由其熱敏性而產(chǎn)生膠體物?；蛞婚_始加水多，剛加到固相物表面的那部分含鈦少，局部達到稀釋度而發(fā)生早期水解。為了防止產(chǎn)生這種缺陷，應(yīng)先加人大流量的回收廢酸和有一定酸度的洗殘渣、洗硫酸亞鐵晶體的淡鈦液，使其增

33、加酸度，同時加人大流量的水。并加大沖氣、加快浸取，要是加浸取水的速度太慢、量太少，則浸取初期的溫度太高，浸得的鈦液穩(wěn)定性會下降，亦容易發(fā)生早期水解。因此要嚴格控制浸取時的溫度、酸度和濃度，盡量避免鈦液發(fā)生早期水解，以免影響鈦液沉降、凈化和后期水解。水洗，進而造成鈦白粉產(chǎn)量和質(zhì)量的降低。十六、鈦液的還原鐵在鈦鐵礦中以二價和三價兩種不同狀態(tài)存在，因此在浸取的鈦液中既有硫酸亞鐵(FeS04),又有硫酸高鐵Fe(S04)3。這兩種鐵鹽在一定條件下，會發(fā)生水解而生成沉淀，其水解反應(yīng)式如下：FeSO4+2HaOFe(OH)2$+H2S04Fe2(SOaa+6HzO2Fe(OH)3+3H2sO4上述兩個反應(yīng)

34、只有在達到一定的pH值時才會發(fā)生。硫酸亞鐵在酸性溶液中是穩(wěn)定的，只有在pH值大于6.5時才開始水解，因此在鈦液水解過程中，由于鈦液酸度大，它始終保持溶解狀態(tài)，待到偏鈦酸洗滌時才得以除去。而硫酸高鐵在溶液中的危害性比較大，因為它在pH值為1.5的酸性溶液中即開始水解，生成氫氧化高鐵沉淀。在偏鈦酸洗滌時，當pH值達到1.5就會水解生成氫氧化高鐵沉淀混雜在偏鈦酸中，待到媛燒時即變成紅棕色的三氧化二鐵混在鈦白粉中，而影響產(chǎn)品的白度。為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，在鈦液中就不允許有三價鐵的存在，因此必須把三價鐵還原成二價鐵。鐵屑或鐵粉是一種廉價的還原劑，加人鐵屑或鐵粉的目的主要是將鈦液中的三價鐵還原成二價鐵。

35、其還原反應(yīng)的反應(yīng)式如下：Fe2(SO)a+Fe-3FeSO究竟還原到什么程度才算將三價鐵還原完畢呢？鈦液中高價態(tài)的有三價鐵和四價鈦，由于三價鐵的被還原勢大于四價鈦的被還原勢，必須將三價鐵全部還原完畢，才輪到四價鈦的被還原，也即是說，當鈦液中出現(xiàn)三價鈦，說明鈦液中已經(jīng)沒有三價鐵了，三價鐵已經(jīng)全部還原成二價鐵了。其四價鈦還原為三價鈦的反應(yīng)式如下：2TiOSO4+Fe+2H?SOi-Ti2(SO4>3+FeS(),2T“SO*4-Ee-TiwCS。*)3+FeSO*加鐵屑的另一個目的是可以將一部分重金屬離子還原為金屬隨殘渣而被除去。由于在生產(chǎn)過程中鈦液經(jīng)常遇到與空氣接觸或以壓縮空氣攪拌等氧化條

36、件，要是沒有三價鈦存在，則二價鐵很快被氧化為三價鐵。但是，由于三價鈦的被氧化勢大于二價鐵的被氧化勢，有氧化條件的話，其必然先將三價鐵全部氧化完，才輪到二價鐵的被氧化。因此在鈦液中保持有一定量的三價鈦，可以保證二價鐵不被氧化，使鈦液始終保持沒有三價鐵的存在。不過，過多的三價鈦存在是不利的，因為在水解時，三價鈦不會發(fā)生熱水解生成偏鈦酸沉淀，冷水解也要在pH值>3才能水解，故其留在母液的廢酸里，若廢酸不加以回收利用，則會造成鈦的損失。十七、酸解、浸取和還原需要控制的指標硫酸濃度92.5%。鈦鐵礦的質(zhì)量要求。蒸汽壓力0.5MPa?？諝鈮毫?.3MPa。酸礦比為(1.501.60):1(加壓水解法

37、)，或(1.451.55):1(常壓水解法)。反應(yīng)時硫酸濃度85%-90%。預(yù)熱引發(fā)溫度80-120Co成熟時間1-6h。助冷時間10-30mino浸取溫度75C。還原溫度70C。鈦液相對密度為1.51.55（涂料級），或1.481.52（非涂料級）本工段鈦液質(zhì)量指標（見下表）。IIIII指標名稱I顏料級I非顏料級III11III加壓水解法I常壓水解法II總鈦含量/(g/L)|120135|120135|120130|F值|1.82.1|1.71.9|1.71.9|三價鈦/(g/L)|2.05|1.53|23|穩(wěn)定性|>350|>300|>300|酸解率/%I>95.5

38、|>94.5|>94|十八、浸取時出現(xiàn)難溶固相物的原因及其處理方法浸取時出現(xiàn)難溶固相物的原因有多種說法，現(xiàn)歸納有下列10個方面。酸解時吹人的壓縮空氣濕度過大，或酸解中過多冷凝水返回酸解鍋里。使用酸濃度過低，用酸量過少，加水較少，與硫酸作用產(chǎn)生的水化熱少；加溫溫度過低，引發(fā)主反應(yīng)的時間長，反應(yīng)過于平緩和不完全，所得到的固相物堅實不易浸取。硫酸濃度過高，酸解加水較多，產(chǎn)生水化熱多；或加溫溫度過高，主反應(yīng)來得太早，反應(yīng)溫度猛烈上升，不僅容易冒鍋，而且所得固相物硬實，也難以浸取。攀鋼鈦白粉廠何明川、杜長山、李建彬著文論述了該廠酸解反應(yīng)引發(fā)溫度控制在80-90C之間，可以達到消除固相物的目的。助冷時間過短，固相物溫度過高就開始浸取，結(jié)果會形成硬殼，產(chǎn)生不溶性的鈦化物和鐵的堿式化合物。沖氣攪拌不當，或鼓人的壓縮空氣壓力較小，或壓力管較小，特別在固化期間，反應(yīng)物行將凝固之際，向薪稠的反應(yīng)物吹人的空氣流不夠強烈，生成的固相物不夠疏松多孔，甚至是緊密堅實無孔，酸性水就很難侵人，而使固相物難溶。在浸取時浸取的時間不足，或鼓人的空氣壓力太小，攪拌強度不夠；或過早加人鐵屑（或鐵粉），三價鈦過早達到要求而不得不過早放料，都使固相物溶解不完全。應(yīng)先用不銹鋼管試探，待固相物差不多