硫酸法制鈦白粉實(shí)驗(yàn)方案及操作要點(diǎn)

硫酸法鈦白粉生產(chǎn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.熟悉常見的儀器的使用和實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)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(biāo)。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(qiáng)酸把它分解。用過量的酸就能使反應(yīng)進(jìn)行到底。酸解涉及到的方程式：FeTiO3+3H2SO4FeSO4+Ti(SO4)2+3H2OFeTiO3+2H2SO4FeSO4+TiOSO4+2H2OFe2O3+3H2SO4Fe2(SO4)3+3H2O酸解浸取、還原以后的體系是一個(gè)復(fù)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(huì)影響到成品的色相。因此，利用木炭粉的強(qiáng)吸附作用進(jìn)一步除去，達(dá)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(biāo)。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(yán)格控制。水解快結(jié)束的時(shí)候用水稀釋，可提高鈦液的水解率，但稀釋過度，則會(huì)影響水合二氧化鈦的質(zhì)量。水解方程式有：TiSO4+2H2OTiOSO4+H2SO4TiOSO4+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(jìn)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(jìn)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：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(dāng)，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(jìn)行膠溶過程使正鈦酸分散為脫離危險(xiǎn)黏狀的漿料。最后進(jìn)行煅燒，得到產(chǎn)品（工廠中的產(chǎn)品還必須進(jìn)行粉碎和包裝為成品）。涉及到的反應(yīng)方程式如下：H2TiO3+NaOHNa4TiO4+3H2ONa4TiO4+4H2OH4TiO4+4NaOH硫酸法生產(chǎn)工藝實(shí)驗(yàn)流程圖如下： 鈦鐵礦粉 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(shí)驗(yàn)器材及藥品：1酸解：燒杯500ml，玻璃棒，量程大于300的溫度計(jì)，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(biāo)準(zhǔn)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(jì)，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（聚丙烯酰胺ZETAG7504）4水解：電磁攪拌加熱器，電爐，三口燒瓶，鐵架臺(tái)，溫度計(jì)，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(jì)，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(jì)，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(shí)驗(yàn)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(xì)磨至粉末細(xì)度為：325目篩余部大于1.5，準(zhǔn)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(jì)算出需要質(zhì)量分?jǐn)?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(shí)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(jì)測出混合物溫度并記錄，再通風(fēng)、持續(xù)攪拌的情況用電熱爐緩慢加熱，同時(shí)注意觀察溫度計(jì)讀數(shù)變化。當(dāng)溫度上升至140時(shí)停止加熱，繼續(xù)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(shí)驗(yàn)認(rèn)為溫度上升至195時(shí)酸解主反應(yīng)開始，溫度升至200時(shí)為主反應(yīng)時(shí)間。當(dāng)主反應(yīng)結(jié)束后取出溫度計(jì)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(dāng)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(shí)后適當(dāng)增加浸取水的量，只要鈦液顏色不發(fā)灰即可。一天的補(bǔ)水浸取所有固相物體溶解后，定容到350mL，在浸取半小時(shí)。2.3 沉降、濃縮過程準(zhǔn)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(shí)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(jī)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(jì)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；控制加熱強(qiáng)度使得水應(yīng)比鈦液先升溫到溫度點(diǎn)。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(diǎn)溫度情況，在試驗(yàn)太上用乳膠管滴4滴去離子水形成一個(gè)水珠，第一沸點(diǎn)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(yàn)直到發(fā)生變白。當(dāng)出現(xiàn)變色即達(dá)到水解的“相配點(diǎn)”或是變灰點(diǎn)，關(guān)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(diào)節(jié)加熱強(qiáng)度保持沸騰3 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(jī)上過濾，在用加熱后的去離子水洗滌多次，當(dāng)濾液收集到1L 左右時(shí)停止洗滌；再次抽濾后約取10mL 濾液,滴加3-5 滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%的硫氰酸銨溶液并觀察濾液顏色，直到不顯色是認(rèn)為到達(dá)洗滌終點(diǎn)。 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(jì)）在300g/L以上。然后依次加入氫氧化鉀（以K2O計(jì)為TiO2的5），氧化鋅（TiO2的1）；磷酸（以P2O5計(jì)為TiO2的1）及煅燒晶種（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(jié)束）。待煅燒結(jié)束冷去后取出備用。注意事項(xiàng)1. 鈦渣酸解時(shí)應(yīng)注意控制溫度，防止酸渣反應(yīng)過于劇烈；同時(shí)應(yīng)注意放置在通風(fēng)處反應(yīng)，以免酸解過程放出的含SO2廢氣引起事故，攪拌時(shí)還應(yīng)注意溫度要略高于玻璃棒，比滿溫度計(jì)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，影響后期的水解率和產(chǎn)率，長時(shí)間的浸去時(shí)要注意鈦液的即時(shí)補(bǔ)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(zhǔn)確且緩慢加入，判斷變灰點(diǎn)事時(shí)應(yīng)盡量準(zhǔn)確。4. 偏鈦酸洗滌時(shí)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(shí)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(shí)最好采用低濃度的溶液，比便于準(zhǔn)確控制滴加量。五、主要控制項(xiàng)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(jià)鈦還原為三價(jià)鈦，然后用高鐵鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至三價(jià)鈦全部成為四價(jià)鈦，過量一滴時(shí)高鐵離子與指示劑硫氰酸根（CNS-）形成紅色絡(luò)合物以指示劑到達(dá)終點(diǎn)。、試劑溶液硫酸：二級(jí)，1%，1:20鹽酸：二級(jí)碳酸氫鈉：三級(jí)，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(biāo)準(zhǔn)溶液、分析手續(xù)：將試液充分?jǐn)噭颍▋?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%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(yīng)激烈時(shí)移開熱源，至反應(yīng)漸緩時(shí)繼續(xù)加熱，。最后用較強(qiáng)火加熱，將溶液中的氫氣全部趕凈，溶液清澈時(shí)離開熱源，用流水冷卻至室溫，在冷卻過程中注意隨時(shí)補(bǔ)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(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至無色時(shí)，加入硫氰酸銨指示劑2ml，繼續(xù)滴定至淡褐黃色為終點(diǎn)。計(jì)算：見分解率的計(jì)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(jià)鐵還原成二價(jià)鐵： 4FeCl3+2NH2OHHCl4FeCl2+H2O+6HCl+N2O然后以鄰菲啰啉為顯色劑在pH為5時(shí)與二價(jià)鐵形成穩(wěn)定的橘紅色絡(luò)合物進(jìn)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(shí)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(diǎn)。（2）、試劑溶液硫酸：二級(jí)硫酸銨：二級(jí)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(biāo)準(zhǔn)溶液（0.1mg/mlFe）；精確稱取0。8634g優(yōu)先級(jí)純鐵銨釩（Fe2（SO4）3（NH4）2SO424H2O），先用100ml蒸餾水溶解后，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(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)，稀釋10倍使用。（3） 分析手續(xù) 鐵標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)溶液（10g/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(diào)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毫微米出測其消光值。 樣品的測定：準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制（以空白溶液作參比）。計(jì)算： 式中 A-由標(biāo)準(zhǔn)曲線查的鐵之毫克數(shù) W-樣品重，g（以二氧化鈦干基計(jì)）1.43-由鐵換算為三氧化二鐵之系數(shù)（4）、注意事項(xiàng)及討論 、為提高分析準(zhǔn)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(dāng)溶液的pH為2-9時(shí)，絡(luò)合物的顏色深度改變不大，pH低于2時(shí)，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(xiàn)報(bào)道此顏色可經(jīng)數(shù)月不變。、在測定偏鈦酸樣品時(shí)，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%以下3、 純度的分析操作步驟按銳鈦型部頒布標(biāo)準(zhǔn)HG-790-76進(jìn)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(xué)純鹽酸：化學(xué)純硫酸銨：化學(xué)純硫氰酸銨：化學(xué)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(xué)純，飽和水溶液重鉻酸鉀：基準(zhǔn)試劑硫酸高鐵銨：分析純，0.1N標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)溶液（0.1N）的配制：稱取于120干燥至恒重的基準(zhǔn)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(dāng)量濃度按下式計(jì)算式中 N1-重鉻酸鉀溶液當(dāng)量濃度 G-重鉻酸鉀的重量。g 49.035-重鉻酸鉀的克當(dāng)量 0.1N硫酸高鐵銨溶液的配制及標(biāo)定：稱取硫酸高鐵銨50g，溶于1000ml5%的硫酸中（必要時(shí)過濾），滴入0.1N高錳酸鉀溶液直至呈現(xiàn)淺紅色為止。 標(biāo)定方法：同鈦鐵礦中總鈦含量的測定中硫酸高鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定方法，改為0.1N的重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液來滴定。計(jì)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(qiáng)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(dāng)反應(yīng)遲緩后繼續(xù)加熱，最后強(qiáng)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(gè)過程中，應(yīng)隨時(shí)補(bǔ)充碳酸氫鈉飽和溶液（注意不能