[發明專利]制備高純度金紅石型或銳鈦型納米二氧化鈦的方法

有效

• 申請號: 201410180173.6
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN104071830A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 路慶昌;丁士垣;石麗麗
• 申請（專利權）人: 山東天大傅山工程技術研究院
• 主分類號: C01G23/047
• 分類號: C01G23/047;C01G23/053;C01G23/08;B82Y30/00;B82Y40/00
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技術領域

本發明屬于無機功能材料制備技術領域，具體是一種制備高純度金紅石型或銳鈦型納米二氧化鈦的方法。?

背景技術

二氧化鈦具有穩定的物理性質、化學性質和優良的光學、電學性質，以及優良的顏料性能，用途十分廣泛。涂料、塑料、橡膠、化纖、造紙、油墨、化妝品、玩具、電容器、顯像管、國防尖端技術、食品、醫藥、化學試劑、電焊條、搪瓷、陶瓷、玻璃、耐火材料、冶金、人造寶石、美術顏料、皮革、印染色漿、肥皂、催化劑等都要用到二氧化鈦。?

目前二氧化鈦的制造主要有氯化法和硫酸法。氯化法技術先進，流程短，易于實現自動化，產品質量好。但原料要求高品位高，使用金紅石礦，屬稀缺資源；技術難度大，要求高溫下耐四氯化鈦、氯氣、氧氣的材料和設備，投資費用高，維修困難，優勢已不在。硫酸法原料便宜，工藝成熟，設備簡單，但工藝流程長，能耗高，三廢排放多，產品質量差。?

目前國內有產能在3～15萬噸/年的企業47家，總產能350萬噸/年，其中采用氯化法生產的一家，其它均采用硫酸法生產。產能過剩，處于保本或虧損狀態。?

發明內容

本發明提供一種制備高純度金紅石型或銳鈦型納米二氧化鈦的方法，以鈦鐵礦為原料，經鹽酸溶礦，結晶氯化亞鐵，氧化，溶劑萃取除鐵，膠凝除硅，熱水解，得到高純度的金紅石型或銳鈦型納米二氧化鈦，粒徑在10～40nm。?

本發明采用的具體技術方案是：?

(1)溶礦：鈦鐵礦粉，經鹽酸溶礦，溶礦的礦酸比為3～5，鹽酸的濃度為30～38％；溶礦溫度在60～100℃，溶礦率98％，濾除礦渣，得到溶解鈦液；?

用鹽酸溶礦，礦酸比可通過鈦鐵礦中酸可溶物及所消耗的氯化氫量、溶礦終了時所期望的鈦液中鹽酸的濃度進行計算，一般期望最終有約9mol/L的鹽酸。足量的鹽酸可提高溶礦率?和溶礦速度，同時防止溶礦過程中鈦的水解，以保證鈦的溶出率。?

如果鈦鐵礦中鐵的含量過高，高的酸度會使氯化鐵在溶礦過程中析出，這樣會減慢溶出速度，也會使析出的氯化鐵過濾除去。因此，鈦鐵礦的組成、酸濃度、浸出溫度要綜合考慮。一般礦酸比在1：3～4，溶礦溫度在60～100℃，溶礦時間在4～6小時。?

粒度小的鈦鐵礦有較好的溶解速率，一般應在300μm，溶礦率應在90％以上。?

如果使用濃度較低的鹽酸，也可采用多次溶礦的方式，以達到預期的浸出率。?

本發明中所用的大部分鹽酸來自回收，回收的鹽酸經過氯化氫增濃得以重新使用。?

(2)結晶氯化亞鐵：溶解鈦液經冷卻，結晶四水合氯化亞鐵，過濾分離氯化亞鐵結晶，得到含較少量鐵的鈦液；將分離出的氯化亞鐵晶體進行高溫水解，再生氯化氫；?

鈦鐵礦中一般含有二價鐵和三價鐵，所以浸出液中含有二價和三價鐵離子，為了減少后續一次溶劑萃取負荷，現將大部分二價鐵結晶除去，浸出液冷卻至0～4攝氏度即可使四水合氯化亞鐵結晶析出，通過過濾分離鈦液中的二價鐵，適當注入氯化氫提高鹽酸的濃度可使二價鐵最大程度結晶，結晶得到的氯化亞鐵通過較高溫度水解可得到鹽酸和鐵的氧化物，氧化鐵可用作鋼廠煉鋼的原料。?

(3)氧化：將鈦液中殘存的氯化亞鐵氧化為氯化鐵；?

結晶氯化亞鐵后的鈦液仍含有少量二價鐵，應將其氧化為三價鐵，以便萃取，可選擇的氧化劑可以是氯氣、雙氧水、氯酸鈉等，為使萃取較為完全，二價鐵氧化完全程度是重要的，氧化程度可通過在線檢測控制實現。?

(4)一次溶劑萃取：僅進行一次溶劑萃取，可制取純度為99.5％的金紅石型二氧化鈦?

將氧化后的鈦液，用含有胺類萃取劑的有機油相進行3～5級連續萃取，得到含有三價鐵離子的反萃液和含有鈦離子的萃余液；?

所述胺類萃取劑為叔胺，其通式是R₁R₂R₃N，其中R₁、R₂、R₃為具有8～10個碳原子的直鏈或支鏈的烴基。?

所述萃取劑的稀釋劑可選擇煤油、醇類溶劑，醇類可選擇辛醇、癸醇，各組分的比例具有較寬的適用范圍，并非是苛刻的。因為該萃取過程屬于溶劑萃取，萃取劑的選擇及組成是重要的，其對萃取容量、選擇性、分層速度有較大影響。另外萃取溫度會導致萃取油相的粘?度變化，對萃取劑的萃取容量、分離因數、分層速度影響顯著，一般萃取溫度應在30攝氏度。萃取段的油水比可選擇1～2。?

(5)膠凝除硅：加入膠凝劑、控制酸度，使含鈦離子的萃余液中的硅凝聚沉降，過濾除去硅，鈦液精濾；?