硫酸法制鈦白粉實驗方案及操作要點

1、硫酸法鈦白粉生產(chǎn)一、 實驗?zāi)康?. 熟悉常見的儀器的使用和實驗方案的設(shè)計要求；2. 了解硫酸法鈦白粉生產(chǎn)工藝流程及其過程中存在的問題；3. 掌握硫酸法鈦白粉生產(chǎn)的基本方法及鈦白粉產(chǎn)品的分析方法；4. 掌握硫酸法鈦白的生產(chǎn)原理，了解產(chǎn)品的常見工藝指標。二、硫酸法鈦白粉制備原理及工藝用濃硫酸分解鈦礦，制取可溶性的鈦的硫酸鹽。鈦鐵礦的主要成分為偏鈦酸鐵5. FeTiO3） ，是一種弱酸弱堿鹽，可以用強酸把它分解。用過量的酸就能使反應(yīng)進行到底。酸解涉及到的方程式：FeTiQ+3HSO-FeSO+Tig） 2+3HOFeTQ+2HS" FeSG+TiOSO+2HOFe2O3+3H2SG Fe2

2、（SO） 3+3HIO酸解浸取、還原以后的體系是一個復雜的體系，含有可溶性雜質(zhì)和不溶性的雜質(zhì)。在結(jié)晶或水解、水洗的過程中除去, 經(jīng)過上述步驟除雜后，還有一些肉眼看不到的懸浮雜質(zhì)， 這些雜質(zhì)將會影響到成品的色相。因此，利用木炭粉的強吸附作用進一步除去，達到凈化的目的。然后將得到的產(chǎn)品濃縮使其濃度提高到水解所要求的指標。經(jīng)過水解，使二氧化鈦從液相（鈦液）重新轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔?。鈦液水解是硫酸法生產(chǎn)鈦白粉最關(guān)鍵的一步，為確保水解產(chǎn)物的質(zhì)量，水解條件必須嚴格控制。水解快結(jié)束的時候用水稀釋，可提高鈦液的水解率，但稀釋過度，則會影響水合二氧化鈦的質(zhì)量。水解方程式有：TiSQ+2HC TiOSO+HSOTiOSG+

3、2HM H2TiO3 >H2SO水解后的水合二氧化鈦含有硫酸以及鐵、鋁、錳、銅、鎳、釩、鉛等離子，必須進行水洗（其酸性濾液應(yīng)回收處理）、漂白（酸性和還原條件下進行）將它們除去，否則產(chǎn)品將被污染。漂白涉及到的方程式如下：HTiOs+HSr TiOSO+2H2O2Fe（OH+HSOFe（SQ） 3+6HOZn+2F3+7 Zn2+2Fe2+Zn+2Ti4+ Zn2+2Ti 3+偏鈦酸在煅燒前需要加入不同類型的添加劑，以使得在煅燒過程中，溫度適當，內(nèi)部變化平穩(wěn)，使成品的二氧化鈦具有穩(wěn)定的晶型，良好的色相、光澤，較好的著色力、遮蓋力，較低的吸油量和合適的晶粒大小、形狀，以及在使用介質(zhì)中良好的分散

4、性。 鹽處理劑的作用如下：加入鉀鹽，可以使產(chǎn)品疏松、潔白， 并且降低脫硫的溫度，改變煅燒的條件，提高著色力等顏料性能；加入磷酸，可以使產(chǎn)品質(zhì)地柔軟，色澤比較白，并提高產(chǎn)品的耐候性。然后將合格的偏鈦酸與濃堿液反應(yīng)得到鈦酸鈉（也可用固體二氧化鈦與固體氫氧化鈉在850高溫下共融制得），在經(jīng)過洗滌形成正鈦酸，最后在濃鹽酸的作用下，進行膠溶過程使正鈦酸分散為脫離危險黏狀的漿料。最后進行煅燒，得到產(chǎn)品（工廠中的產(chǎn)品還必須進行粉碎和包裝為成品）。涉及到的反應(yīng)方程式如下：HTiO3+NaOH> NaTiO4+3HONaTiO4+4HU HTiO，+4NaOH硫酸法生產(chǎn)工藝實驗流程圖如下：鈦鐵礦粉三、試劑

5、與儀器:實驗器材及藥品:1酸解：燒杯500ml,玻璃棒，量程大于300c的溫度計，電爐，恒溫水浴鍋，恒溫干燥箱，濃硫酸（98%）,稀硫酸（25%,酸溶性高鈦渣，水2測定酸解率即TQ含量的測定：焦硫酸鉀（固體），鹽酸（p =1.19g/ml）硫酸（20% 硫鹽混酸（20%勺硫酸雨濃鹽酸按1:1混合），鋁片（純度大于99.5%）,飽和的碳酸 氫鈉溶液，5%勺硫富酸鏤溶液，0.1mol/L的硫酸鐵鏤標準溶液，瓷塔埸（50ml）, 馬沸爐，電爐，布氏漏斗，濾紙3歡在下載3 沉降：燒杯（500ml） ，玻璃棒，溫度計，電爐，電子天平，磁力攪拌器，恒溫水浴鍋，布氏漏斗，酸解后的鈦液，蒸餾水，絮凝劑（聚丙烯

6、酰胺ZETAG750） 44 水解：電磁攪拌加熱器，電爐，三口燒瓶，鐵架臺，溫度計，燒杯，冷凝管，乳膠滴管，濃鈦液，去離子水，纖維素5水解率測定：同TiO2含量的測定6 水洗： 1000ml 燒杯，溫度計，電爐，布氏漏斗，濾紙，水解后的偏鈦酸，去離子水，40%硫氰酸銨溶液7 漂白：1000ml 的燒杯，玻璃棒，量筒，電爐，恒溫水浴鍋，50ml 容量瓶，偏鈦酸，濃硫酸（98%） ，去離子水，鋁粉8 鹽處理及煅燒：500ml 燒杯，玻璃棒，電子天平，容量瓶，恒溫干燥箱，量筒，偏鈦酸，磷酸，氫氧化鉀，去離子水，煅燒晶種9 煅燒：燒杯，電磁攪拌加熱器，減壓漏斗，溫度計，三口燒瓶，冷凝管，容量瓶，漂洗后

7、的偏鈦酸，50%的氫氧化鈉，去離子水，濃鹽酸四、實驗步驟：1 硫酸法鈦白的生產(chǎn)1.1 鈦礦的預(yù)處理取一定量已知成分含量的粉碎后的鈦渣，放于研缽中細磨至粉末細度為：325 目篩余部大于1.5%,準確稱取鈦礦粉末100g備用。1.2 鈦礦的酸解將稱取的100g 鈦渣，按照1:1.7 的礦酸質(zhì)量比計算出需要質(zhì)量分數(shù)98%的濃硫酸的體積，然后將量好的濃硫酸倒入500mL燒杯中再用玻璃棒攪拌同時緩慢的加入鈦渣粉末， 加料完成后繼續(xù)攪拌5 分鐘使之充分混合均勻。用溫度計測出混合物溫度并記錄，再通風、持續(xù)攪拌的情況用電熱爐緩慢加熱，同時注意觀察溫度計讀數(shù)變化。當溫度上升至140時停止加熱，繼續(xù)攪拌并觀察物料

8、的變化情況，記錄下冒大量煙及泡的溫度，實驗認為溫度上升至195時酸解主反應(yīng)開始，溫度升至200時為主反應(yīng)時間。當主反應(yīng)結(jié)束后取出溫度計后繼續(xù)攪拌直到反應(yīng)物的固相物體固化為止，若反應(yīng)物固化效果差則應(yīng)繼續(xù)攪拌15分鐘。 然后將固相物放入恒溫干燥箱中再160下保溫熟化90 分鐘后，取出自然冷卻至80左右。2.2 氧化浸去過程將熟化后的燒杯放入70的水浴鍋中，在固相物的燒杯中加入25mL 25%的稀硫酸， 并用玻璃棒攪拌。當浸取水顏色變成紫色后緩慢加入50左右的去離子水30mL,繼續(xù)間歇的攪拌；浸取辦小時后適當增加浸取水的量，只要鈦液顏色不發(fā)灰即可。一天的補水浸取所有固相物體溶解后，定容到350mL在

9、浸取半小時。2.3 沉降、濃縮過程準確稱取0225g絮凝劑在小燒杯中再加入200m左右的去離子水再用電磁攪拌器 攪拌，分散8min后加入余下的300mLk分散均勻后備用，得到絮凝劑濃度為0.045%。 然后將鈦液于電爐上加熱到70C,再絮凝劑于溶液1：33的比例加入到300mL鈦液的 大燒杯中，并攪拌均勻后，置于65的水浴鍋中靜置2 小時濃縮后，小心地用濾紙抽濾后回收泥漿的鈦液。2.4 鈦液的水解按照有機反應(yīng)冷凝回流的模型連接好反應(yīng)裝置后，預(yù)熱反應(yīng)底水計鈦液。在燒杯中將100mL濃鈦液加熱到96C,三口燒瓶中加入25.7mL去離子水，打開冷凝管的冷 卻水并開啟攪拌將底水加熱至96；控制加熱強度

10、使得水應(yīng)比鈦液先升溫到溫度點。停止加熱，通過滴管在4min內(nèi)均勻的向三口燒瓶中加入 30mL濃縮后的鈦液，注 意觀察加料過程中顏色的變化；加料完成后重新開始加熱，余下的70mL鈦液控制在8-9 min 內(nèi)加完。待物料加熱至沸騰，并記錄好沸點溫度情況，在試驗太上用乳膠管滴 4 滴去離子水形成一個水珠，第一沸點后2 min 用乳膠滴管吸取少量鈦液滴一滴到去離子水水珠中，觀察水滴是否渾濁；為發(fā)生變色則繼續(xù)加熱，每隔半分鐘用此方法檢驗直到發(fā)生變白。當出現(xiàn)變色即達到水解的“相配點”或是變灰點，關(guān)閉加熱1.1 min 后，重新開始加熱，直到把漿料加熱到第二次沸騰，記錄下此刻的溫度，調(diào)節(jié)加熱強度保持沸騰3

11、h 后加入 5 mL 去離子水，0.1g 纖維攪拌5 min 后即可。2.4 偏鈦酸的凈化將偏鈦酸漿料冷去到70后，放于抽濾機上過濾，在用加熱后的去離子水洗滌多次，當濾液收集到1L 左右時停止洗滌；再次抽濾后約取10mL 濾液, 滴加 3-5 滴質(zhì)量分數(shù)40%的硫氰酸銨溶液并觀察濾液顏色，直到不顯色是認為到達洗滌終點。2.5 偏鈦酸的鹽處理及煅燒將漂洗后的偏鈦酸加入去離子水打漿，攪拌均勻后用容量瓶稱重的方法折算出偏鈦酸的濃度，控制打漿濃度（以TiO2計）在300g/L以上。然后依次加入氫氧化鉀（以 &O計為TiO2的5%。），氧化鋅（TiO2的1%。）；磷酸（以計為T0的1%。）及煨燒

12、 晶種（為TiO2的5%。）。每加入一種鹽處理劑后都要攪拌 5min后在加入下一種。將加入鹽處理劑的偏鈦酸放入恒溫干燥箱中烘去大量水分，再放入馬弗爐中設(shè)置好升溫曲線煨燒（升溫曲線為 常溫-200c （保溫0.5h ） - 400C （保溫0.5h ） - 700C （保溫0.5h） -880C （保溫2.5h）煨燒結(jié)束）。待煨燒結(jié)束冷去后取出備用。注意事項1. 鈦渣酸解時應(yīng)注意控制溫度，防止酸渣反應(yīng)過于劇烈；同時應(yīng)注意放置在通風處反應(yīng)，以免酸解過程放出的含SO廢氣引起事故，攪拌時還應(yīng)注意溫度要略高于玻璃棒，比滿溫度計碰壞。2. 氧化浸去過程應(yīng)注意緩慢加水，且加水不宜過多，以免鈦液發(fā)生提前水解，

13、影響后期的水解率和產(chǎn)率，長時間的浸去時要注意鈦液的即時補水和攪拌。3. 鈦液水解是應(yīng)控制好鈦液和底水的溫度，前期形成晶種的鈦液滴加量應(yīng)盡量做到準確且緩慢加入，判斷變灰點事時應(yīng)盡量準確。4. 偏鈦酸洗滌時應(yīng)用大于50的去離子水多次洗滌，或是先用熱稀酸洗滌、在用熱去離子水多次洗滌，洗滌時要注意濾紙是否有穿破，如有穿破應(yīng)重新抽濾洗滌。5. 鹽處理時最好采用低濃度的溶液，比便于準確控制滴加量。五、主要控制項目的分析方法1 、 二氧化鈦含量的測定（ 1 ） 酸 解浸取液中二氧化鈦的測定、方法原理：酸解浸取液中的可溶性鈦多以硫酸氧鈦的形式存在，可仔鹽酸存在下用鋁片將四價鈦還原為三價鈦，然后用高鐵鹽標準溶液

14、滴定至三價鈦全部成為四價鈦，過量一滴時高鐵離子與指示劑硫富酸根（CNSJ形成紅色絡(luò)合物以指示劑到達終點。、試劑溶液硫酸：二級，1%， 1:20鹽酸：二級碳酸氫鈉：三級，飽和溶液硫氰酸銨：40%水溶液鋁片：純度99.5%以上硫酸高鐵銨：0.1N 標準溶液、 分析手續(xù)：將試液充分攪勻（內(nèi)含有礦渣）， 量取25ml， 用 10%硫酸稀釋到100ml，減壓過濾，用1:20硫酸洗滌3-4次（濾渣留作分析）至濾液用 3%H2O粉測不顯色，濾液濾入250ml 容量瓶中，用水稀釋到刻度，搖勻。量取此液25ml 注入 500ml 錐形瓶中，力口 10喻酸20ml,濃鹽酸30ml,鋁片2g,裝上液封管，塞緊膠塞，

15、在液封管中加入碳酸氫鈉飽和溶液至容積體積的2/3 左右， 先小火加熱，待反應(yīng)激烈時移開熱源，至反應(yīng)漸緩時繼續(xù)加熱，。最后用較強火加熱，將溶液中的氫氣全部趕凈，溶液清澈時離開熱源，用流水冷卻至室溫，在冷卻過程中注意隨時補加碳酸氫鈉飽和溶液。冷卻后移去液封管，迅速倒入一些碳酸氫鈉飽和溶液，立即用硫酸高鐵銨標準溶液滴定至無色時，加入硫富酸鏤指示劑 2ml,繼續(xù)滴定至淡褐黃色為終點。計算：見分解率的計算2 、偏鈦酸煅燒品中鐵含量的測定（ 1） 、方法原理在pH2-3的條件下，用鹽酸羥胺將三價鐵還原成二價鐵：4FeCl 3+2NHOH HCl 4FeCl2+HO+6HCl+NO然后以鄰菲啰咻為顯色劑在

16、pH為5時與二價鐵形成穩(wěn)定的橘紅色絡(luò)合物進行比色，在 508 毫微米處有最大的吸收率。大量鈦不必分離，可用酒石酸鹽絡(luò)合掩蔽，其他離子如：鈣、鎂、錳等含量在500毫克 / 升時不發(fā)生干擾。此方法靈敏度很高，可檢測出0.05 毫克/升的鐵，適合于鐵含量在0.005-0.002的測定。用來以鈦為主體的偏鈦酸或成品二氧化鈦中微量鐵，更顯出本方法的優(yōu)點。（ 2） 、試劑溶液硫酸：二級硫酸銨：二級氨水： 1:1 1:4鹽酸羥胺：10%水溶液酒石酸鉀鈉：30%水溶液醋酸鈉：25%水溶液鄰菲啰啉溶液：溶解0.25g 鄰菲啰啉于100ml 蒸餾水中（如若不溶，可稍加熱至近 80或加數(shù)滴稀鹽酸）。鐵鹽標準溶液（0

17、.1mg/mlFe）;精確稱取0。8634g優(yōu)先級純鐵鏤鈕（Fe2（SO） 3-（NH） 2SO- 24HQ,先用100ml蒸儲水溶解后，加5ml濃硫酸，轉(zhuǎn)移至1升容量瓶中，用 水稀釋至刻度，搖勻。繪制標準曲線時，稀釋10 倍使用。（ 3） 分析手續(xù) 鐵標準曲線的繪制（以空白溶液作參比）：在 100ml 容量瓶中，各加入50ml蒸儲水，用微量滴定管加入鐵標準溶液（100mlFe） 0、1、2、4、10ml,然后 再分別加入鹽酸羥鏤 2ml,酒石酸鉀鈉溶液 8ml,搖勻，投入一小塊精密 pH試紙 0.5-5.0 ，用氨水（先用濃氨水再用稀氨水）調(diào)pH 至 2-3，待冷后，加8ml 醋酸鈉溶液使p

18、H值為5,再加1ml鄰菲啰咻，用水稀釋至刻度搖勻，放置 20分鐘后，在波長 510 毫微米出測其消光值。 樣品的測定：準確稱取在150干燥和研磨后的試樣0.2g 左右，置于50ml 錐形瓶中，加2g 硫酸銨， 5ml 濃硫酸，加熱至全部溶解后冷卻，轉(zhuǎn)移至100ml 容量瓶中，以下手續(xù)同標準曲線的繪制(以空白溶液作參比)。A 10 3 1.43計算：Fe2 O3 % 100W式中A由標準曲線查的鐵之毫克數(shù)W-樣品重，g (以二氧化鈦干基計)1.43- -由鐵換算為三氧化二鐵之系數(shù)(4)、注意事項及討論、為提高分析準確性，該比色中所用參比必須是空白溶液，否則帶來分析誤差較大。、當溶液的pH為2-9

19、時，絡(luò)合物的顏色深度改變不大，pH低于2時，顏色減弱,一般宜控制在pH4-5,顯色后絡(luò)合物非常穩(wěn)定，有文獻報道此顏色可經(jīng)數(shù)月不變。、在測定偏鈦酸樣品時，如分析結(jié)果須以TiO2為基數(shù)?？捎萌萘科恐械娜芙鈽悠啡芤撼槿∫徊糠譁y定TiO2含量，用以折算，也可將樣品灼燒成 TiO2后再分析。、本方法允許相對誤差為20%Z下3、 純度的分析操作步驟按銳鈦型部頒布標準 HG-790-76進行(1)、方法原理同鈦鐵礦中總鈦含量的測定(2)、試劑溶液硫酸：化學純鹽酸：化學純硫酸鏤：化學純硫富酸鏤：化學純，10%§液二苯胺磺酸鈉指示劑：0.5%容液金屬鋁片：純度99.5%,厚度0.1mm碳酸氫鈉：化學純

20、，飽和水溶液重銘酸鉀：基準試劑硫酸高鐵鏤：分析純，0.1N標準溶液硫磷混合酸：硫酸：磷酸：水=1:1:5體積比的混合液重銘酸鉀標準溶液（0.1N）的配制：稱取于120c干燥至恒重的基準重銘酸鉀 4.9g 左右，溶于蒸儲水，移入1000ml容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻，當量濃度按下式計 算2 q49.035式中N1重銘酸鉀溶液當量濃度G重銘酸鉀的重量。g49.035 重銘酸鉀的克當量0.1N硫酸高鐵鏤溶液的配制及標定：稱取硫酸高鐵鏤50g,溶于1000m15%勺硫酸中（必要時過濾），滴入0.1N高鎰酸鉀溶液直至呈現(xiàn)淺紅色為止。標定方法：同鈦鐵礦中總鈦含量的測定中硫酸高鐵鏤標準溶液標定方法，改為0.

21、1N的重銘酸鉀標準溶液來滴定。計算亦同。（3）、操作步驟稱取干燥試樣0.2-0,3g ,放入500ml錐形瓶中，加入硫酸鏤10g,硫酸20ml, 振蕩使充分混合。開始徐徐加熱，再強熱至試樣全部溶解成澄清溶液，冷卻后加水50ml,鹽酸25ml,搖勻。再加金屬鋁片2.5g,接入液封管，把膠塞塞緊，并在 中加 碳酸氫鈉飽和溶液至該管體積的2/3左右。先加小火加熱，待反應(yīng)開始停止加溫， 當反應(yīng)遲緩后繼續(xù)加熱，最后強熱之以充分除去反應(yīng)物中氫氣， 直至溶液變?yōu)橥该鞒吻宓淖仙珵橹?。在流水下冷卻至室溫，在這個過程中，應(yīng)隨時補充碳酸氫鈉飽和溶液(注意不能吸入空氣)。冷卻后移去錐形瓶上的液封管，將其中的碳酸氫鈉飽和溶液慢慢倒入錐