一种缩减钛液冷冻结晶时间的工艺方法.pdf

本发明公开了一种缩减钛液冷冻结晶时间的工艺方法，它包括以下步骤：（1）、沉降：酸解后的钛液经过3小时的搅拌沉降使其上层的澄清钛液维持温度在35-45℃；（2）、一段降温：取澄清钛液放入烧杯中置入18℃恒温箱，搅拌澄清钛液直至温度降至15-25℃；（3）、二段降温：将烧杯移至10℃的恒温箱中继续搅拌，直至烧杯中的钛液温度降至15℃，期间加入98wt%的硫酸铵。本发明的有益效果是在冷冻结晶过程中加入一定比例，高纯度的硫酸铵，硫酸铵本身溶解就会吸收部分热量，加速降温，同时初期钛液温度较高部分铵根离子以氨气形式挥发，再次带走热量；使用本发明可有效地减少能源消耗，且而达到工艺要求的铁钛比。

1.  一种缩减钛液冷冻结晶时间的工艺方法，其特征是它包括以下步骤：（1）、沉降：酸解后的钛液经过3小时的搅拌沉降使其上层的澄清钛液维持温度在35-45℃；（2）、一段降温：取澄清钛液放入烧杯中置入18℃ 恒温箱，搅拌澄清钛液直至温度降至15--25℃；（3）、二段降温：将烧杯移至10℃的恒温箱中继续搅拌，直至烧杯中的钛液温度降至15℃，期间加入98wt%的硫酸铵。

2.  如权利要求1所述的一种缩减钛液冷冻结晶时间的工艺方法，其特征是所述二段降温中澄清钛液和98wt%的硫酸铵质量比为50:1。

3.  如权利要求2所述的一种缩减钛液冷冻结晶时间的工艺方法，其特征是所述沉降中澄清钛液维持温度在40℃。

4.  如权利要求2或3所述的一种缩减钛液冷冻结晶时间的工艺方法，其特征是所述一段降温中澄清钛液温度降至25℃。

一种缩减钛液冷冻结晶时间的工艺方法
技术领域
本发明涉及钛白粉生产技术领域，尤其涉及一种缩减钛液冷冻结晶时间的工艺方法。
背景技术
TiO₂作为一种新型功能性质材料。钛白粉是工业生产中非常重要的原料，其主要成分是TiO₂，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品、陶瓷、搪瓷、电子、食品和医药等工业，其中涂料占比最大，约60%。
钛白粉在大规模生产过程中主要有以下几个环节：磨矿、酸解、结晶、亚铁分离、浓缩、水解、水洗、预处理、煅烧和成品包装。其中结晶主要工艺为冷冻结晶与真空冷冻结晶。其本质均是降温和减少溶剂水量使得硫酸亚铁达到过饱和溶液而析出。硫酸亚铁在之后的分离工序得以分离。钛液降温一般使用盘管，通过热交换达到降温目的。一般使用工艺水和冰机助冷。降温时间普遍至少需要6小时，期间钛液在冷冻锅需不断搅拌以防止亚铁结晶结块堵塞阀门或管道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有钛白粉结晶工艺中耗时过长、能源消耗大，为此提供一种钛液冷冻结晶时间的工艺方法。
本发明的技术方案是：一种缩减钛液冷冻结晶时间的工艺方法，它包括以下步骤：1、一种缩减钛液冷冻结晶时间的工艺方法，其特征是它包括以下步骤：（1）、沉降：酸解后的钛液经过3小时的搅拌沉降使其上层的澄清钛液维持温度在35-45℃；（2）、一段降温：取澄清钛液放入烧杯中置入18℃ 恒温箱，搅拌澄清钛液直至温度降至15--25℃；（3）、二段降温：将烧杯移至10℃的恒温箱中继续搅拌，直至烧杯中的钛液温度降至15℃，期间加入98wt%的硫酸铵。
上述方案中所述二段降温中澄清钛液和98wt%的硫酸铵质量比为50:1。
上述方案中所述沉降中澄清钛液维持温度在40℃。
上述方案中所述一段降温中澄清钛液温度降至25℃。
本发明的有益效果是在冷冻结晶过程中加入一定比例，高纯度的硫酸铵，硫酸铵本身溶解就会吸收部分热量，加速降温，同时初期钛液温度较高部分铵根离子以氨气形式挥发，再次带走热量；而溶于溶液中的硫酸根离子则会加速硫酸亚铁的析出，并且抑制更多的亚铁离子溶于溶液，减少后面工序水洗的强度。本身加入的硫酸铵是工业级的纯度高达98%以上，不会过多带入新的杂质，而溶解的物质则在之后的水洗工序出去；使用本发明可有效地减少能源消耗，且而达到工艺要求的铁钛比。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：取酸解后的总钛浓度为130g/l的钛液1000ml经过3小时的搅拌沉降，使钛液温度为35℃置于烧杯中。将烧杯放入18℃恒温水箱中冷却，期间以稳定强度搅拌溶液并开始计时。待钛液温度下降至20℃时将钛液移至10℃的恒温水箱中继续冷却期间保持搅拌强度不变。直至溶液温度降至15℃时，检测并记录时间及溶液的铁钛比。
实施例2：取酸解后的总钛浓度为130g/l的钛液1000ml经过3小时的搅拌沉降，使钛液温度为45℃置于烧杯中。将烧杯放入18℃恒温水箱中冷却，期间以稳定强度搅拌溶液并开始计时。待钛液温度下降至35℃时将钛液移至10℃的恒温水箱中继续冷却，并且向钛液中加入98wt%的15g硫酸铵，期间保持搅拌强度不变。直至溶液温度降至15℃时，检测并记录时间及溶液的铁钛比。
实施例3：取酸解后的总钛浓度为130g/l的钛液1000ml经过3小时的搅拌沉降，使钛液温度为40℃置于烧杯中。将烧杯放入18℃恒温水箱中冷却，期间以稳定强度搅拌溶液并开始计时。待钛液温度下降至30℃时将钛液移至10℃的恒温水箱中继续冷却，并且向钛液中加入98wt%的15g硫酸铵，期间保持搅拌强度不变。直至溶液温度降至15℃时，检测并记录时间及溶液的铁钛比。
实施例4：取酸解后的总钛浓度为130g/l的钛液1000ml经过3小时的搅拌沉降，使钛液温度为35℃置于烧杯中。将烧杯放入18℃恒温水箱中冷却，期间以稳定强度搅拌溶液并开始计时。待钛液温度下降至25℃时将钛液移至10℃的恒温水箱中继续冷却，并且向钛液中加入98wt%的15g硫酸铵，期间保持搅拌强度不变。直至溶液温度降至15℃时，检测并记录时间及溶液的铁钛比。
实施例5：取酸解后的总钛浓度为130g/l的钛液1000ml经过3小时的搅拌沉降，使钛液温度为40℃置于烧杯中。将烧杯放入18℃恒温水箱中冷却，期间以稳定强度搅拌溶液并开始计时。待钛液温度下降至20℃时将钛液移至10℃的恒温水箱中继续冷却，并且向钛液中加入98wt%的15g硫酸铵，期间保持搅拌强度不变。直至溶液温度降至15℃时，检测并记录时间及溶液的铁钛比。
实施例6：取酸解后的总钛浓度为130g/l的钛液1000ml经过3小时的搅拌沉降，使钛液温度为45℃置于烧杯中。将烧杯放入18℃恒温水箱中冷却，期间以稳定强度搅拌溶液并开始计时。待钛液温度下降至25℃时将钛液移至10℃的恒温水箱中继续冷却，并且向钛液中加入98wt%的10g硫酸铵，期间保持搅拌强度不变。直至溶液温度降至15℃时，检测并记录时间及溶液的铁钛比。
优选实施例7：取酸解后的总钛浓度为130g/l的钛液1000ml经过3小时的搅拌沉降，使钛液温度为40℃置于烧杯中。将烧杯放入18℃恒温水箱中冷却，期间以稳定强度搅拌溶液并开始计时。待钛液温度下降至25℃时将钛液移至10℃的恒温水箱中继续冷却，并且向钛液中加入98wt%的20g硫酸铵，期间保持搅拌强度不变。直至溶液温度降至15℃时，检测并记录时间及溶液的铁钛比。
实施例8：取酸解后的总钛浓度为130g/l的钛液1000ml经过3小时的搅拌沉降，使钛液温度为40℃置于烧杯中。将烧杯放入18℃恒温水箱中冷却，期间以稳定强度搅拌溶液并开始计时。待钛液温度下降至20℃时将钛液移至10℃的恒温水箱中继续冷却，并且向钛液中加入98wt%的25g硫酸铵，期间保持搅拌强度不变。直至溶液温度降至15℃时，检测并记录时间及溶液的铁钛比。
实施例9：取酸解后的总钛浓度为130g/l的钛液1000ml经过3小时的搅拌沉降，使钛液温度为40℃置于烧杯中。将烧杯放入18℃恒温水箱中冷却，期间以稳定强度搅拌溶液并开始计时。待钛液温度下降至20℃时将钛液移至10℃的恒温水箱中继续冷却，并且向钛液中加入98wt%的30g硫酸铵，期间保持搅拌强度不变。直至溶液温度降至15℃时，检测并记录时间及溶液的铁钛比。
将实施例1-9所得的钛液经过滤后取样分析钛液的铁钛比和达到工艺要求所需时间，对比数据如下表所示：

以上表可以看出，采用本发明的工艺流程相对于实施例1在结晶时间上至少缩短了1h左右。而优选实施例7在钛液第一次降温至25℃时向钛液中添加20g硫酸铵可以有效的减少冷冻结晶时间。也就是沉降钛液与硫酸铵的体积与质量比为50:1，并且过量的硫酸根离子可以抑制溶液中的铁离子，降低溶液的铁钛比。能够更快的达到工艺要求。而在生产过程中硫酸铵过早加入溶液时温度过高时，硫酸亚铁尚未达到过饱和，不能立即析出，效果较差；硫酸铵过迟加入溶液温度过低，硫酸铵不能及时有效的溶解，降温效果就会不好。使用本发明的工艺能够有限的减少冷冻结晶时间，节约了大量的能源消耗。同时缩短了整个的工艺流程时间，更利于规模化、自动化生产。
添加的硫酸铵纯度高且均可溶于水，不参与之后的浓缩和水解。在水解后多余杂质经水洗而得以除去。与此同时，使用本发明能减少溶液中的铁含量，降低的水洗的强度。从表上可以看出铁钛比实施例2-9均优于实施例1。
本发明中沉降步骤澄清钛液最好维持温度在40℃，这样一段降温和二段降温的冷却时间能够满足降低铁钛比的要求，且缩短搅拌时间，降低搅拌强度。如果澄清钛液温度低于40℃，降温时间过短，则不能使硫酸铵充分抑制溶液中的铁离子，如果澄清钛液温度超过40℃，降温时间过长，硫酸亚铁尚未达到过饱和，不能立即析出，且搅拌强度也较高。