1、硫酸法鈦白粉生產一、實驗目的1.熟悉常見的儀器的使用和實驗方案的設計要求；2.了解硫酸法鈦白粉生產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的基本方法及鈦白粉產品的分析方法；4.掌握硫酸法鈦白的生產原理，了解產品的常見工藝指標。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（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進行到底。酸解涉及到的方程式：FeTiO3+3H2SO4FeSO4+Ti(SO4)2+3H2OFeTiO3+2H2SO4FeSO4+TiOSO4+2H2OFe2O3+3H2SO4Fe2(

2、SO4)3+3H2O酸解浸取、還原以后的體系是一個復雜的體系，含有可溶性雜質和不溶性的雜質。在結晶或水解、水洗的過程中除去,經過上述步驟除雜后，還有一些肉眼看不到的懸浮雜質，這些雜質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。然后將得到的產品濃縮使其濃度提高到水解所要求的指標。經過水解，使二氧化鈦從液相（鈦液）重新轉變為固相。鈦液水解是硫酸法生產鈦白粉最關鍵的一步，為確保水解產物的質量，水解條件必須嚴格控制。水解快結束的時候用水稀釋，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量。水解方程式有：TiSO4+2H2OTiOSO4+H2SO4TiOSO

3、4+2H2OH2TiO3+H2SO4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（其酸性濾液應回收處理）、漂白（酸性和還原條件下進行）將它們除去，否則產品將被污染。漂白涉及到的方程式如下：H2TiO3+H2SO4TiOSO4+2H2O2Fe(OH)3+H2SO4Fe2(SO4)3+6H2OZn+2Fe3+Zn2+2Fe2+Zn+2Ti4+Zn2+2Ti3+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，內部變化平穩，使成品的二氧化鈦具有穩定的晶型，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，以及在使用介質中

4、良好的分散性。鹽處理劑的作用如下：加入鉀鹽，可以使產品疏松、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，可以使產品質地柔軟，色澤比較白，并提高產品的耐候性。 然后將合格的偏鈦酸與濃堿液反應得到鈦酸鈉（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，得到產品（工廠中的產品還必須進行粉碎和包裝為成品）。涉及到的反應方程式如下：H2TiO3+NaOHNa4TiO4+3H2ONa4TiO4+4H2OH4TiO4+4NaOH硫酸法生產工藝實驗流程圖如下： 鈦鐵礦

5、粉 濃縮混合物硫 酸煅燒 酸解水解 銳鈦型鈦白一洗沉降 廢酸 熱過濾漂白鹽處理二洗 三、試劑與儀器：實驗器材及藥品：1酸解：燒杯500ml，玻璃棒，量程大于300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TiO2含量的測定：焦硫酸鉀（固體），鹽酸（=1.19gml）硫酸（20%）硫鹽混酸（20%的硫酸雨濃鹽酸按1:1混合），鋁片（純度大于99.5%），飽和的碳酸氫鈉溶液，5%的硫氰酸銨溶液，0.1molL的硫酸鐵銨標準溶液，瓷坩堝（50ml），馬沸爐，電爐，布氏漏斗，濾紙3沉降：燒杯（500ml），玻璃棒，溫度計，電爐，電子天平，

6、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（聚丙烯酰胺ZETAG7504）4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

7、漏斗，溫度計，三口燒瓶，冷凝管，容量瓶，漂洗后的偏鈦酸，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1.1鈦礦的預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的礦酸質量比計算出需要質量分數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、持續攪拌的情況用電熱爐緩慢加熱，同時注意觀察溫度計讀數變化。當溫度上升至14

8、0時停止加熱，繼續攪拌并觀察物料的變化情況，記錄下冒大量煙及泡的溫度，實驗認為溫度上升至195時酸解主反應開始，溫度升至200時為主反應時間。當主反應結束后取出溫度計后繼續攪拌直到反應物的固相物體固化為止，若反應物固化效果差則應繼續攪拌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，只要鈦液顏色不發灰即可。一天的補水浸取所有固相物體溶

9、解后，定容到350mL，在浸取半小時。2.3 沉降、濃縮過程準確稱取0225g絮凝劑在小燒杯中再加入200mL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300mL水分散均勻后備用，得到絮凝劑濃度為0.045%。然后將鈦液于電爐上加熱到70，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。2.3 鈦液的水解按照有機反應冷凝回流的模型連接好反應裝置后，預熱反應底水計鈦液。在燒杯中將100mL濃鈦液加熱到96，三口燒瓶中加入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

10、；控制加熱強度使得水應比鈦液先升溫到溫度點。停止加熱，通過滴管在4min內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；為發生變色則繼續加熱，每隔半分鐘用此方法檢驗直到發生變白。當出現變色即達到水解的“相配點”或是變灰點，關閉加熱30 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，調節加熱強度保持沸騰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 滴質量分數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K2O計為TiO2的5），氧化鋅（TiO2的1）；磷酸（以P2O5計為TiO2的1）及煅燒晶種（為

12、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，再放入馬弗爐中設置好升溫曲線煅燒（升溫曲線為 常溫200（保溫0.5h）400（保溫0.5h）700（保溫0.5h）880（保溫2.5h）煅燒結束）。待煅燒結束冷去后取出備用。注意事項1. 鈦渣酸解時應注意控制溫度，防止酸渣反應過于劇烈；同時應注意放置在通風處反應，以免酸解過程放出的含SO2廢氣引起事故，攪拌時還應注意溫度要略高于玻璃棒，比滿溫度計碰壞。2. 氧化浸去過程應注意緩慢加水，且加水不宜過多，以免鈦液發生提前水解，影響后期的水解率和產率，長時間的浸去時要注意鈦液的

13、即時補水和攪拌。3. 鈦液水解是應控制好鈦液和底水的溫度，前期形成晶種的鈦液滴加量應盡量做到準確且緩慢加入，判斷變灰點事時應盡量準確。4. 偏鈦酸洗滌時應用大于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氰

14、酸根（CNS-）形成紅色絡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：將試液充分攪勻（內含有礦渣），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%H2O2檢測不顯色，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，加10%硫酸20ml，濃鹽酸30ml，鋁片2g，裝上液封管，塞緊膠塞，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，待反應激烈

15、時移開熱源，至反應漸緩時繼續加熱，。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，加入硫氰酸銨指示劑2ml，繼續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： 4FeCl3+2NH2OH·HCl4FeCl2+H2O+6HCl+N2O然后以鄰菲啰啉為顯色劑在pH為5時與二價鐵形成穩定的橘紅色絡合物進行比色，在508毫微米處有最大

16、的吸收率。大量鈦不必分離，可用酒石酸鹽絡合掩蔽，其他離子如：鈣、鎂、錳等含量在500毫克/升時不發生干擾。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或加數滴稀鹽酸）。鐵鹽標準溶液（0.1mg/mlFe）；精確稱取0。8634g優先級純鐵銨釩（Fe2（SO4）3·（N

17、H4）2SO4·24H2O），先用100ml蒸餾水溶解后，加5ml濃硫酸，轉移至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 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蒸餾水，用微量滴定管加入鐵標準溶液（10µg/mlFe）0、1、2、4、10ml，然后再分別加入鹽酸羥銨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pH至2-3，待冷后，加8ml醋酸鈉溶液使pH值為5，再加1ml鄰菲啰啉，用水稀釋至刻度搖勻，放置20分鐘后，在波長510毫微米出

18、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，轉移至100ml容量瓶中，以下手續同標準曲線的繪制（以空白溶液作參比）。計算： 式中 A-由標準曲線查的鐵之毫克數 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（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時，絡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，顯色后絡合物非常穩定，有文獻報道此顏色可經數月不變。、在測定偏鈦酸樣品

19、時，如分析結果須以TiO2為基數。可用容量瓶中的溶解樣品溶液抽取一部分測定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%以下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：化學純硫酸銨：化學純硫氰酸銨：化學純，10%溶液二苯胺磺酸鈉指示劑：0.5%溶液金屬鋁片：純度99.5%，厚度0.1mm碳酸氫鈉：化學純，飽和水溶液重鉻酸鉀：基準試劑硫酸高鐵銨：分析純，0.1N標準溶液硫磷混合酸：硫酸：磷酸：水=1:1:5體積比的混合液重鉻酸鉀標準溶液（0.1N）的配制：稱取于1

20、20干燥至恒重的基準重鉻酸鉀4.9g左右，溶于蒸餾水，移入1000ml容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻，當量濃度按下式計算式中 N1-重鉻酸鉀溶液當量濃度 G-重鉻酸鉀的重量。g 49.035-重鉻酸鉀的克當量 0.1N硫酸高鐵銨溶液的配制及標定：稱取硫酸高鐵銨50g，溶于1000ml5%的硫酸中（必要時過濾），滴入0.1N高錳酸鉀溶液直至呈現淺紅色為止。 標定方法：同鈦鐵礦中總鈦含量的測定中硫酸高鐵銨標準溶液標定方法，改為0.1N的重鉻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，加入硫酸銨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，待反應開始停止加溫，當反應遲緩后繼續加熱，最后強熱之以充分除去反應物中氫氣，直至溶液變為透明澄清的紫色為止。在流水下冷卻至室溫，在這個過程中，應隨時補充碳酸氫鈉飽和溶液（注意