一种基于钛渣制备高品位钛白粉和金红石的方法与流程

本发明涉及钛资源利用，具体是涉及一种基于钛渣制备高品位钛白粉和金红石的方法。

背景技术：

1、钛作为一种稀有金属，在地壳中的丰度较高，但由于钛在自然界中分散存在且难于提取，使得人们无法大规模制取钛。随着不可再生资源钛矿的逐渐消耗，人们致力于寻找替代品或者对冶炼工艺进行改进以提高钛化合物的提取效率。

2、高钛渣是经过物理生产过程而形成的钛矿富集物俗称，通过电炉加热熔化钛矿，使钛矿中二氧化钛和铁熔化分离后得到的二氧化钛高含量的富集物。高钛渣既不是废渣，也不是副产物，而是生产四氯化钛、钛白粉和海绵钛产品的优质原料。钛渣是由钛精矿冶炼而成。

3、钛白粉是一种重要的无机化工颜料，主要成分为二氧化钛。钛白粉的生产工艺有硫酸法和氯化法两种工艺路线。其在涂料、油墨、造纸、塑料橡胶、化纤、陶瓷等工业中有重要用途。

4、金红石就是较纯的二氧化钛，是提炼钛的重要矿物原料，但在地壳中储量较少。它具有耐高温、耐低温、耐腐蚀、高强度、小比重等优异性能，被广泛用于军工航空、航天、航海、机械、化工、海水淡化等方面。金红石本身是高档电焊条必须的原料之一，也是生产金红石型钛白粉的最佳原料。

5、目前，对于钛白粉的提取工艺一般以酸浸为主，金红石的纯化工艺以湿法工艺为主，主要方法有还原-锈蚀法、盐酸浸出法、硫酸浸出法等，可获得高品位金红石。但是，对于钛白粉和金红石的同步加工提取，还缺乏相关研究。同时，在酸浸高钛渣的过程中存在一些能够提取得到金红石的原材料，因此，针对钛白粉和金红石的同步加工提取还需要进一步改进优化。

技术实现思路

1、针对上述存在的问题，本发明提供了一种基于钛渣制备高品位钛白粉和金红石的方法。

2、本发明的技术方案是：

3、一种基于钛渣制备高品位钛白粉和金红石的方法，包括：

4、s1、硫酸浸出：将钛渣通过浓硫酸浸出；

5、s2、水浸反应：加入超纯水进行水浸反应，得到浆料；

6、s3、钛白粉制备：将所述浆料过滤，得到滤渣和滤液；

7、将所述滤液经结晶后得到硫酸氧钛溶液，将硫酸氧钛溶液经90～100℃水解1～3h后形成偏钛酸，将所述偏钛酸焙烧1～2h后得到钛白粉；

8、s4、滤渣粗提：将s3所得到的滤渣用蒸馏水洗涤干燥，完全浸没于盐酸溶液中，随后升温至100～140℃，持续搅拌反应0.5～3h，使盐酸溶液酸解得到粗提混合物，随后将粗体混合物过滤得到粗提残渣和粗提液，将所述粗提残渣用蒸馏水洗涤干燥后，焙烧形成富含铁、镁和钙的粗提氧化物；

9、s5、金红石纯化：将所述粗提氧化物经过一次纯化和二次纯化，分别得到第一高品位金红石和第二高品位金红石。

10、进一步地，所述s5中，金红石纯化的方法为：

11、s5-1、一次纯化：将所述粗提氧化物分为15份，取其中9～12份置于可密封的反应器中，加入氢氧化钠溶液，粗提氧化物与氢氧化钠溶液的固液比为1g：2.5～5ml，随后升温至100～130℃反应1～3h，过滤得到一次不溶物和回用滤液，将所述一次不溶物用蒸馏水洗涤干燥得到第一高品位金红石；

12、s5-2、深度净化回用：将所述回用滤液置于高压碳化反应釜中，通入co2气体，并将高压碳化反应釜逐步增压至7.5～8mpa，温度升至65～70℃，形成反应体系，调节反应体系ph值为8～8.5，继续反应0.5～1h，过滤后得到二氧化硅凝胶，将二氧化硅凝胶溶解于氟化铵溶液中，二氧化硅凝胶与氟化铵溶液的固液比为1g：3～4ml，搅拌并通入氨气，得到固液混合物，过滤去除固体，得到净化液，将所述净化液陈化后蒸发浓缩，随后通入氢氟酸进行反应，净化液与氢氟酸的体积比为2：1，反应1～2h后得到深度净化回用液；

13、s5-3、二次纯化：将s5-1中剩余的3～6份所述粗提氧化物置于反应器中，加入s5-2中制备的深度净化回用液，粗提氧化物与深度净化回用液的固液比为1g：2～3ml，于室温下反应1～3h，过滤得到二次不溶物，将所述二次不溶物用蒸馏水洗涤干燥得到第二高品位金红石。

14、进一步地，所述s1中钛渣完全浸没于浓硫酸中，浓硫酸的质量分数为95％以上，高温加热持续搅拌反应0.5～3h，搅拌反应的搅拌速率为300～400rpm，高温加热温度为230～270℃。

15、进一步地，所述s2中加入超纯水进行水浸反应，使浓硫酸的质量浓度降至50～70％，水浸反应温度为60～90℃，水浸反应时间为1～3h。

16、进一步地，所述s3中结晶是将所述滤液在130～150℃下蒸发，将蒸发出的气体经冷凝后回流至反应容器内得到硫酸氧钛溶液，焙烧温度为850～950℃。

17、说明：通过蒸发结晶能够有效去除滤液中的硫酸铁和硫酸镁。

18、进一步地，所述s4中蒸馏水洗涤次数为3～4次，干燥温度为100～105℃，盐酸溶液的质量分数为30～40％，搅拌反应的搅拌速率为300～400rpm。

19、进一步地，所述s4中将所述粗提液在100℃下蒸发浓缩得到盐酸浓缩液进行回用，焙烧温度为850～950℃。

20、说明：通过将粗提液进行蒸发浓缩回用从而提高利用率，节约成本。

21、进一步地，所述s5-1中氢氧化钠溶液的质量分数为40～60％，s5-1和s5-3中干燥温度均为100～105℃。

22、说明：通过优选氢氧化钠溶液实现对粗提氧化物的处理，从而得到高品位金红石。

23、更进一步地，所述s5-2中高压碳化反应釜的增压速度为0.2～0.3mpa/min，升温速度为3～5℃/min，调节反应体系ph值选用质量分数为20～30％的盐酸溶液，或质量分数为20～30％的氢氧化钠溶液，将过滤后得到的二氧化硅凝胶使用无水乙醇洗涤三次。

24、说明：通过对高压碳化反应釜的增压速度以及升温速度进行限定，使高压碳化反应釜内部co2气体逐渐变成超临界状态，且当co2气体为气态时能够与回用滤液反应率先析出一部分沉淀，同时携带出部分杂质盐，当完全达到超临界状态后，得到的二氧化硅凝胶更加纯净，从而为后续高品位金红石的二次纯化提供支持。

25、进一步地，所述s5-2中氢氟酸的质量分数为40～60％，氨气通入量为0.05～0.1m3/h。

26、本发明的有益效果是：

27、(1)本发明的一种基于钛渣制备高品位钛白粉和金红石的方法能够同步生产高品位的钛白粉以及金红石，利用了钛白粉生产中产生的粗提氧化物作为金红石的原材料，将其分为两份，分别以氢氧化钠溶液和深度净化回用液(主要成分为氟化氢铵)进行两次纯化，不仅发挥了氢氧化钠溶液易储存、低成本的优势，而且通过氢氧化钠溶液反应副产物提取深度净化回用液连续应用于二次金红石纯化，同时也发挥了氟化氢铵作为提取剂时易反应能量需求低的优势，进一步降低了综合成本，且生产得到的两种金红石品位均在97％以上，且ca和mg含量小于0.1％。

28、(2)本发明的一种基于钛渣制备高品位钛白粉和金红石的方法通过采用超临界co2气体逐步增压的方式对回用滤液进行提纯，从而得到纯净二氧化硅凝胶，为后续金红石的二次提纯提供保证。