硫酸法鈦白粉的生產酸解、浸取、還原

1、硫酸法鈦白粉的生產-酸解、浸取、還原一、酸解方法    根據(jù)參與反應的硫酸濃度和最終反應產物的狀態(tài)，鈦鐵礦酸解的方法有液相法、兩相法和固相法三種。    1.液相法    采用55%-65的硫酸，酸解反應在液相進行，反應溫度為130-140，反應時間為12-16h,為了防止早期水解，酸比值（F）控制在3-3.2，直接得到硫酸鈦溶液。    2.兩相法    采用65%-80的硫酸，反應溫度為150-200，反應時間為6-8h，F(xiàn)值控制在1.8-2

2、. 2，加熱至有沉淀析出為止，所得產物呈糊狀，加水浸取后，生成懸浮溶液，反應率達85一90。    3.固相法    采用80以上的硫酸，反應劇烈迅速，在5-30min內完成，反應最高溫度達250，由于硫酸的沸點為338，所以能夠適應這一要求。所得產物為固相物，然后加水浸取為溶液，控制F值在1. 6-2. 0，最高酸解率可達97。   二、固相法酸解的優(yōu)點    液相法和兩相法酸解的反應時間長，耗用硫酸多，鈦鐵礦的分解率低。與這兩種方法比較，固相法具有下列優(yōu)點： &

3、#160; 耗用硫酸量最少；   反應最迅速，可減少加溫時間，縮短生產周期，提高設備利用率和產量，節(jié)約燃料；   酸解率最高；   溶液F值比較低，有利于后期水解的進行；   設備強度大，生產能力高。    正是由于固相法酸解的優(yōu)點多，所以工業(yè)生產一般都采用固相法。   三、酸解發(fā)生的化學反應    鈦鐵礦的化學組成是偏鈦酸亞鐵(FeTi03），它是一種弱酸弱堿鹽，能與強酸反應

4、，并能進行得比較完全。硫酸分解鐵鐵礦的反應一般認為是按下列反應式進行：    酸解后生成的硫酸鈦和硫酸氧鈦之間的比例，由酸解條件而定，從反應式(1)、反應式(2)可以看出，每生成lmol的硫酸鈦，需要2mo1的硫酸，而每生成lmol的硫酸氧鈦，只需要1 mol的硫酸。由此可見，硫酸過量得越多，越有利于反應的進行，且生成硫酸鈦。   四、有效酸    在酸解產物浸取所得的鈦液中，硫酸主要以三種形式存在：與鈦結合的硫酸；與其他金屬（主要是鐵）結合的硫酸；未被結合，過剩的游離酸。由于無法單獨測定與鈦結合的酸和游

5、離酸，只能測定這二者的總和，因此就把這兩者的總和稱為有效酸。                有效酸=與鐵結合的酸游離酸    同樣的鈦液，如果經過濃縮或稀釋，其濃度變化了，但其性質仍沒有變化。   五、酸比值及其影響因素，酸比值的高低將產生的影響    鈦液中有效酸與總鈦含量之比值稱為酸比值，酸比值又稱酸度系數(shù)，通常用F來表示：  

6、60; 從公式看，游離酸、與鈦結合酸和總TiO2含量等三個因素會影響F值。但是F值只是一個酸比值，它在很多情況下，并不能說明一些本質的問題。例如，鈦液經過濃縮或稀釋后，其總TiO2濃度和有效酸濃度變化了，但其性質和F值是保持不變的，溶液中硫酸氧鈦與硫酸鈦的比值改變時，游離酸也隨之而變，但是其F值卻不會改變；有效酸的測定由于終點不夠明顯，也容易出現(xiàn)誤差，因此F值只能作為生產參考，對其數(shù)值要結合工藝過程進行具體分析。    F值的高低，除了能顯示鈦液中鈦的組成、能評價酸的效果與質量外，還會影響水解速率、水解率和水解產物偏鈦酸的結構。   

7、六、固相法酸解所得鈦液可用硫酸氧鈦表達中，既有硫酸鈦，也有硫酸氧鈦?？梢哉J為，如果全部是硫酸鈦，則其F值應為2. 45，再加上鐵液中尚有一定量的游離酸，那么，其F值更應該大于2. 45。但是固相法浸取所得的鈦液的F值，一般只有1.6-2.0，其F值遠遠沒有達到2. 45，更沒有超過2.45，因此鐵液中硫酸鈦的含量不會很多，而鐵液的F值2. 45時，都說明其含量是以硫酸氧鈦為主。固相法鈦液的F值只有1.6-2.0，就可以用硫酸氧鈦表達。在酸解反應的200以上，反應物水和反應生成的水都已蒸發(fā)了，具備生成Ti(S04)2的條件，但是用酸礦比為(1. 45-1. 55)：1，不足以將鈦變成Ti (S0

8、4）2，所以在固相物中還存在TiOS04。Ti (S04）2只存在于固相物，一旦浸取遇水即水解生成TiOS04，因此鈦液的鈦均以TiOS04的形式存在。   七、與鈦結合酸和游離酸的計算    固相法酸解得的鈦液，一般F值在1.6-2. 0之間，則FOA值就在30. 45-63. 07之間。F值每相差0.1，則FOA值相差8.15，使用FOA值來表示，更易于控制。九、鈦液的穩(wěn)定性及其對生產的影響    穩(wěn)定性又稱穩(wěn)定度，就是在鈦白粉生產中，鐵液在條件變化的情況下，有發(fā)生早期水解而析出白色膠體粒子的傾向，這

9、種傾向的強弱程度稱為鈦液的穩(wěn)定度。表示這種傾向強弱的特性稱為鈦液的穩(wěn)定性。鈦液的穩(wěn)定性是以每毫升鈦液，用25的蒸餾水稀釋到剛出現(xiàn)白色渾濁時，所需要蒸餾水的毫升數(shù)來表示：    穩(wěn)定性是衡量鈦液質量好壞的重要指標。一般顏料級加壓水解鈦液的穩(wěn)定性控制在K350;常壓水解鈦液可以放寬到K300。要是出現(xiàn)穩(wěn)定性差的鈦液，則會對鈦白粉生產帶來下列不良影響：   鈦液容易出現(xiàn)早期水解而生成膠體微粒懸浮于鈦液中，造成沉降和壓濾的困難，以至于影響產量的提高；   鈦液產生的含鈦膠體微粒，最終要跟殘渣一起沉降而被除掉，使鈦

10、的回收率降低；   鈦液屬于非顏料級鈦液，只能生產出低檔的搪瓷鈦白粉，這種鈦白粉價格較低；   鈦液后期水解所生成的偏鈦酸，有一部分粒子較小，容易造成水洗穿濾流失，直至鍛燒時從煙囪飄散不少，使回收率降低；   這種鈦液本身就已經產生早期水解而生成有膠體微粒，這種膠體微粒極易穿過濾層而存在于鈦液中，到后期水解時，成為不良的結晶中心，使水解得到的偏鈦酸粒子大小不均勻，容易吸附較多雜質，不僅使水洗時間延長而影響產量，還使產品帶色影響白度。同時不規(guī)則的小顆粒多，還會造成鍛燒時易燒結，而使產品的白度、消色力和分散性

11、能降低，影響到產品的質量。   十、鈦液的早期水解及影響鈦液穩(wěn)定性的因素    一般來說，從酸解后到未進行后期正式水解之前，鈦液中不應含有偏鈦酸和正鈦酸這兩種膠體粒子，但是有時在鈦液的浸取、還原、輸送和存放過程中，由于操作不當或條件變化，而在鈦液中出現(xiàn)上述兩種白色膠體物質，這種現(xiàn)象稱為鈦液的早期水解。    要想了解影響鈦液穩(wěn)定性的因素，還得從鈦鐵礦的酸解和鈦液的水解中去找原因。    1.由酸解的反應式(1)、反應式(2)比較可知，在相同的鈦鐵礦下，反應式(1)用酸多，得到

12、的是穩(wěn)定的硫酸鈦，而反應式(2)用酸少，得到的是不穩(wěn)定的硫酸氧鈦，說明酸解時用酸多對提高鐵液的穩(wěn)定性有好處。    鈦液水解的主要反應式如下：    從反應式(7)、反應式(8)、反應式(9)可知，三個水解反應都生成新硫酸，說明鈦液中酸多會使水解反應可逆，可以抑制早期水解的發(fā)生。所以酸解時用酸較多或浸取時加廢酸較多，使鈦液中含酸濃度增大，對提高鈦液的穩(wěn)定性有好處。    從實驗可知，取濃鈦液1mL,測得其穩(wěn)定性為400；若取同樣的濃鈦液1mL，再加人濃硫酸1滴，結果測得其穩(wěn)定性為450，說明多加酸其穩(wěn)定性

13、會提高。    2.從水解的反應式(7)、反應式(8)、反應式(9)可知，水是反應物，按化學反應規(guī)律，增加反應物會使反應向右進行，增加了水，就增加了反應物，就有利于水解的進行，而使鈦液不穩(wěn)定，說明水多沒有好處。    由反應式(8)、反應式(9)比較可知，在同等的硫酸氧鈦的情況下，反應式(9)加水多，反應式(9)在冷的條件下也能發(fā)生水解反應。由此可見，在相同的條件下，鈦液越?。ㄋ蕉啵┢浞€(wěn)定性就越差。    3.從反應式(7)、反應式(8)、反應式(9)三個水解反應式可知，鈦液的水解是吸熱反應，因此加熱會

14、使反應向右進行，會促進鈦液發(fā)生早期水解而使鈦液不穩(wěn)定。從實驗可知，同是1mL鈦液，在12，K=500；在25，K400；在65，K200；在100，K=0。由此可見，溫度上升，鈦液的穩(wěn)定性下降，加熱對鈦液的穩(wěn)定性不利。    綜上所述，影響鈦液穩(wěn)定性差的主要原因是酸少、水多、加熱。那么要提高鈦液的穩(wěn)定性，就必須針對鈦液的酸度、濃度、溫度這三個主要因素進行分析研究并加以控制。    1酸度    酸解用酸多既可提高鈦液的穩(wěn)定性，又可使酸解反應較完全而提高酸解率，但是用酸過多，既會增加硫酸的消耗，增大鈦白粉的

15、生產成本，又會增大后工序鈦液后期水解的困難，因為從水解反應式可知，酸多會使水解反應可逆，偏鈦酸粒子難以長大，水解率降低，水洗時由于偏鈦酸粒子細而出現(xiàn)穿濾流失造成損失。因此要權衡利弊，優(yōu)化出一個既使鈦液穩(wěn)定，不至于出現(xiàn)早期水解，又要有利于后期水解的最佳用酸量。    根據(jù)酸解反應式計算，要想得到穩(wěn)定性高的硫酸鈦，則要按反應式(1)反應，這樣其酸礦比是1. 932：1,也就是說，1噸鈦鐵礦要用1. 932噸的硫酸；要想得到穩(wěn)定性差的硫酸氧鈦，則要按反應式(2)反應，這樣其酸礦比是1.29：1，也就是說，1噸鈦鐵礦要用1. 29噸的硫酸。除此之外，其他化合物特別是鐵的氧

16、化物也要消耗一定量的酸。一般來說，酸礦比越大，用酸越多，鈦液就越穩(wěn)定；酸礦比越小，用酸越少，鈦液就越不穩(wěn)定。從理論分析和實踐應用證實，加壓水解流程采用酸礦比在(1.50-1.60)：1為最佳比值；常壓水解流程采用的酸礦比在(1.45-1.55)：1為最佳比值。究竟采用多少才適宜，還要視鈦鐵礦的質量、工藝要求的酸度和浸取時是否加廢酸及廢酸加人量而定。      2.濃度   酸的濃度  使用硫酸的濃度和控制反應時硫酸的濃度，對鐵液的穩(wěn)定性影響較大。使用時硫酸其濃度大于96時，酸解反應所得到的固相物硬實，多孔

17、性差，浸出時很難溶解，所得鈦液的穩(wěn)定性會下降，當然酸解率也低；若使用的硫酸濃度小于92，則酸解后的固相物不易固化，甚至呈糊狀，反應不完全，浸出所得的鐵液穩(wěn)定性也差，還會造成沉降等凈化的困難，酸解率也不高。一般使用硫酸的濃度在92-96之間為宜。現(xiàn)在很多廠家都摸索并掌握了濃酸反應的規(guī)律而直接采用98的硫酸進行酸解。    反應時硫酸的濃度大于90%，則反應溫度高，使反應初期的生成物在反應結束時已發(fā)生早期水解而使鈦液不穩(wěn)定；反應時硫酸的濃度小于85，浸取所得鐵液的穩(wěn)定性也差，一般控制反應時硫酸的濃度在85-90之間。實踐證明，使用越濃的硫酸，反應時稀釋的濃度要偏低限；

18、使用較稀的硫酸，反應時稀釋的濃度要偏高限。不過使用稀酸時，由于酸解加水較少，水與硫酸作用產生的熱量少，常常需要用加蒸汽的方法來提高引發(fā)熱，才能獲得較好的酸解效果。   鈦液的濃度  較少、鈦液的Ti02濃度較高，溶液不容易析出膠體顆粒，穩(wěn)定性較好；水太多，浸取的濃度太低，則鈦液不穩(wěn)定，容易發(fā)生早期水解，同時對后期水解產物偏鈦酸的顆粒大小和結構也會產生不良影響，還會增加濃縮的工作量。為此在加水浸取時，必須嚴格控制，相對密度一般控制在1. 5-1. 55之間，即總Ti02含量要120g/Lo為了減少水分，在將鈦液結晶時，除去大部分硫酸亞鐵的同時，也帶走了大量

19、的結晶水，使鈦液的總Ti02濃度得到提高，有利于鈦液穩(wěn)定性的提高。為了減少水分，還必須將鈦液進行濃縮，使其繼續(xù)除去一部分水，使總Ti02含量達到(200±5) g/L（加壓水解）或215-230g/L（常壓水解），以利鈦液濃度增大、穩(wěn)定性提高和后期水解時制出具有優(yōu)越顏料性能的鈦白粉。    基于酸度小、濃度低（水多）會引起鈦液穩(wěn)定性差，易出現(xiàn)早期水解現(xiàn)象，因此洗殘渣、洗硫酸亞鐵晶體、洗設備的水，盡量不用大量的自來水，而用少量的廢酸水。    3.溫度  溫度上升，鈦液的黏度下降，這對雜質顆粒的沉降有利，但是對鈦液的

20、穩(wěn)定性卻不利。因為溫度過高，鈦液的穩(wěn)定性下降，會出現(xiàn)早期水解。鈦液要采取負壓蒸發(fā)濃縮的原因，一就是因為常壓蒸發(fā)溫度高，鈦液穩(wěn)定性下降，很快就會出現(xiàn)早期水解。而鈦液水解的臨界溫度為80，采用真空濃縮，沸點可以降低到80以下，這樣既保證了水分的大量蒸發(fā)，又保證了不會出現(xiàn)早期水解。由此可見，溫度上升，鈦液的穩(wěn)定性下降，溫度下降對鈦液的穩(wěn)定性有利。一般浸取時控制溫度要小于75，凈化時控制溫度在（60士5）。    若鈦鐵礦中三價鐵含量高，其酸解浸取所得的鈦液其穩(wěn)定性會差一些。原因之一是三價鐵含量高，其酸解反應放出的熱量多，溫度高，反應劇烈，有時甚至出現(xiàn)冒鍋現(xiàn)象，極容易出現(xiàn)

21、早期水解而使鈦液不穩(wěn)定；原因之二是三價鐵含量高，酸解反應本身就需要多消耗硫酸，況且制出的鈦液需要很多鐵屑（或鐵粉）來將三價鐵還原成二價鐵，而多消耗鐵屑還原，也需要多消耗硫酸，這些消耗的硫酸屬于無效酸。在定量的酸中，無效酸多了，相對來說有效酸就少了，即游離酸少了，這樣鈦液的穩(wěn)定性就會下降。    影響鈦液穩(wěn)定性的三個因素作用順序為：溫度酸度濃度。在較低的溫度和較弱的酸度下，濃度高，含水少，鈦液較穩(wěn)定；濃度低，含水多，鈦液穩(wěn)定性差。但是在溫度高、酸度大的情況下，鈦液濃度的高低影響鈦液的穩(wěn)定性居次要地位。在80以下，鈦液的穩(wěn)定性隨酸度的增大而提高。但是在80以上甚至更高

22、的溫度下，酸度偏大的鈦液也不穩(wěn)定，也能進行熱水解而生成偏鈦酸，只不過酸度大，水解將受到一定程度的抑制，甚至難以水解，水解得到的偏鈦酸粒子偏小，水解率也偏低。當然酸度很大的話，那就不是抑制水解的問題了，而是反應可逆，生成的偏鈦酸被溶解的問題了。   十一、酸解鍋的構造及酸解操作    酸解鍋的構造是：外殼為鋼板，鍋內先搪一層鉛，然后用耐酸膠泥砌上兩層耐酸磚；煙囪用鋼襯兩層耐酸磚，或用厚的硬聚氯乙烯塑料板制成，要大一些，使反應產生的大量水蒸氣、S02、S03等氣體能及時排出；錐底的分布板用鉛或耐酸陶瓷制成，開孔的角度要保證壓縮空氣能均勻地

23、吹到反應鍋的四周而不留死角，好讓固相物溶解完全，大型酸解鍋的分布板常設計成泡罩形，有利于壓縮空氣分布均勻和防止雜物堵塞孔眼；放料閥既要耐溫、耐腐蝕，又要能滿足放料、通壓縮空氣、通蒸汽的功能；國內通常使用的容積為12-50m3，國外一般為90m3，引進國外的3套裝置的容積都為130m3，酸解每鍋投礦為27-30噸。酸解鍋的高度（含錐底部分）是直徑（圓柱部分）的兩倍。錐底夾角a為60°。酸解鍋的構造如下圖所示。    酸解的操作：在我國引進的技術中，酸解前普遍采用原料硫酸預稀釋和礦酸預混合。酸解是在酸解鍋中進行的。在錐底通人壓縮空氣強烈地攪拌下，先按配方投人

24、硫酸，然后投人礦粉，使礦粉與硫酸充分混合，再加定量的稀釋用的廢酸水，繼續(xù)攪拌，由于廢酸中的水與硫酸發(fā)生水化作用而生成大量的熱，使鍋內物料的溫度上升很快。再用蒸汽直接加熱（若水化熱已足夠引發(fā)主反應，就不必外加熱）。當鍋內反應物溫度升高到80-120時，立即停止加熱，一般加完稀釋廢酸水后10-20min，即發(fā)生劇烈反應。由于反應是放熱反應，反應物的溫度會急劇上升，在數(shù)分鐘內達到最高溫度（約250）。在這一階段內，反應非常劇烈，酸解鍋會出現(xiàn)可以察覺到的震動感，同時排出大量的SO2、SO3和水汽，反應經過黏稠階段而逐漸凝固成多孔的蜂窩狀固相物。主反應結束后，停止鼓人壓縮空氣，讓其熟化一段時間，使其繼續(xù)

25、反應而反應得更完全，有利于提高酸解率。熟化時間過后，即通人壓縮空氣進行助冷，當冷卻到90-120，即加廢酸、淡鈦液和自來水進行浸取。然后加鐵屑（或鐵粉）進行還原，即得到鈦液。有時加鐵屑還原時，反應劇烈，有氣泡冒鍋，可撒人少量洗衣粉消泡。    國內鈦白粉廠的浸取，大都是從鍋頂一次性加人，這樣浸取液自上而下地滲人固相物，受到從底部上升的用來攪拌的壓縮空氣流阻撓，滲人的速度較慢，位于固相物上部的浸取液的酸度不能很快提高，加水量又大，溶液濃度稀，酸度小，就會或多或少地發(fā)生早期水解，導致沉降效果的惡化。    國外有采用將少量廢酸加人洗渣水和

26、洗硫酸亞鐵晶體的淡鈦液中，然后將其從酸解鍋的底部加人，這樣，容易將固相物空隙中的空氣排出，而且酸水在上升的過程中，酸度逐漸提高，當酸水充滿固相物時，開始用壓縮空氣攪拌，這時固相物上部的溫度可達80，但不會產生早期水解現(xiàn)象。原因是溫度高的浸取液，酸度也高，隨著水的繼續(xù)加人，溫度很快降到70以下。   十二、酸解率和提高酸解率的方法    溶液中可溶鈦總量（以Ti02計）占所投鐵鐵礦中所含鈦總量（以Ti02計）的百分比，稱為酸解率：    可以從下列八方面提高酸解率。    1.

27、適當延長熟化時間    酸解反應后要進行熟化，其目的是讓固相物逐漸冷卻，在這個冷卻過程中，讓一部分未酸解的礦粉繼續(xù)與存在的游離酸作用，以利提高酸解率。熟化時間長，酸解率得到提高，但固相物溫度低，浸取速度慢；熟化時間短，固相物溫度高，浸取時間短，但酸解率抵。一般根據(jù)酸解鍋容積的大小、投礦量多少、室溫高低而控制在1-6h,投礦量大，熟化時間要長，投礦少，熟化時間要短。筆者做過這樣的試驗，在12m3的酸解鍋中，熟化時間由3h縮短到1h,其酸解率并未見降低。對此筆者認為，在酸解劇烈反應階段，硫酸濃度大、反應溫度高，能起反應的礦都應該起反應了。而反應后，特別是再經熟化1h后

28、，酸度和溫度都大為降低。這樣，寄望于延長熟化時間來提高酸解率是有困難的。延長了熟化時間，只能延長酸解周期，影響到產量的提高。    2.適當提高反應硫酸的濃度    硫酸是一種活潑的強酸，可以任何比例溶于水，同時放出大量熱，硫酸濃度對酸解反應影響較大，在酸礦比一定時，適當提高反應硫酸濃度，有利于加快酸解速度和提高酸解率。大于96的硫酸比92. 5的硫酸反應急劇，這不僅因為將其稀釋至工藝要求時放出的熱量多，而且由于濃度增大時，H+離子和S02-4離子滲人鈦鐵礦物表面裂縫中的概率增大，使H+-SO2-4離子對的偶極作用和固體表面的在位作用

29、加強而使鈦鐵礦的分解速度加快。    3.適當提高酸礦比    酸礦比越高，反應越完全，酸解率也越高。但過高的酸礦比使硫酸單耗上升，而酸解率的提高卻不顯著。    4.適當提高酸解溫度    鈦鐵礦粉與硫酸的分解反應，本身會放出大量的熱，反應式如下：    一般情況下，開始時物料需要適當加溫，以引發(fā)酸解反應，這種引發(fā)熱，常常是在加人稀釋的廢酸時，由于水與濃硫酸作用而產生一定量的熱，若所產生的這些熱尚未達到引發(fā)熱的要求，則要外加蒸汽加熱；若這些熱已

30、足以達到引發(fā)熱的要求，則不必再加熱。    一般來說，溫度越高，反應越劇烈，也越完全，酸解率也越高，但是酸解反應是放熱反應，當引發(fā)反應開始時便放出大量的熱，使反應溫度迅速上升，短時間內達到200以上。要是事先估計不足，加熱過多，物料溫度過高，例如130，則會使主反應來得過早，不僅會使反應過于猛烈而發(fā)生冒鍋或早期水解現(xiàn)象，還使酸解率降低，甚至生成的固相物難以浸?。蝗绻訙剡^低，例如60，則引發(fā)主反應的時間長，反應不劇烈，容易生成難溶的固相物，酸解率也低。主反應結束，立即停止吹風，繼續(xù)保持高溫，有利于提高酸解率。    5.礦粉粒度小而均

31、勻    礦粉粒度越大，反應越慢，甚至有些粗顆粒不反應，而使酸解率降低；礦粉粒度不均勻，有粗有細，在反應時，細粒先反應，細粒反應后，硫酸濃度降低了，粗粒反應不完全，酸解率也低。    6.攪拌要均勻    反應前攪拌不均勻，有未擴散的礦粉團，會影響酸解率。攪拌得太猛，物料過多地濺在鍋壁上，無法反應，也會降低酸解率。    7.選用好礦    選用酸溶性好的礦，鈦溶出率高，酸解率也高；由于金紅石型礦極難被硫酸分解，因此必須選用金紅石成分少的礦，方能

32、提高酸解率。    8.避免發(fā)生早期水解和出現(xiàn)不溶的固相物。因為出現(xiàn)這些現(xiàn)象都會使酸解率降低。十三、濃硫酸和廢硫酸加入量的計算    酸解時濃硫酸和廢硫酸的加人量可以采用下列計算公式進行計算：式中  x濃硫酸加量，kg;      y廢硫酸加量，L；      f酸礦比；      C1濃硫酸濃度，；      C2廢硫酸濃度，

33、；      p廢硫酸密度，kg/L；      C3反應時硫酸濃度，；      G礦粉投料量。    【例】試計算，投礦粉3100kg,酸礦比為1.55：1，濃硫酸濃度為95，廢硫酸濃度為21，廢硫酸密度為1. lkg/L,反應時硫酸濃度為87. 5，求應加濃硫酸和廢硫酸各多少？    解：設應加濃硫酸為xkg，應加廢硫酸為yL   十四、影響浸取的因素

34、    1.固相物的多孔性    若固相物為多孔物，則遇水易滲人微孔內部，接觸面大，極易溶解；若固相物硬實少孔，則難以浸取。    2.固相物的溫度    固相物溫度高有利于浸取。但是>80，易使鈦液穩(wěn)定性變差，甚至發(fā)生早期水解。    3.浸取的濃度    浸取鈦液的濃度越高，則浸取越慢，但濃度不能過低，過低會發(fā)生早期水解，會增加濃縮的工作量，甚至對水解產物偏鈦酸的結構產生不良影響。  &

35、#160; 4.是否發(fā)生早期水解    固相物如發(fā)生不同程度的早期水解，浸取時就有大量僵塊，溶化不掉，影響浸取速度。    5.加浸取水的速度    加浸取水的速度要與固相物的溶解速度相適應。一般來說，設備大加水速度要快，設備小加水速度可慢些。   十五、固相物的浸取操作    根據(jù)影響鈦液穩(wěn)定性的酸、水、熱的關系，在鐵鐵礦與硫酸進行酸解以后，對固相物浸取時，一開始溶液濃度低、酸度小、溫度高，易發(fā)生早期水解，即易由其熱敏性而產生膠體物?；蛞婚_始加

36、水多，剛加到固相物表面的那部分含鈦少，局部達到稀釋度而發(fā)生早期水解。為了防止產生這種缺陷，應先加人大流量的回收廢酸和有一定酸度的洗殘渣、洗硫酸亞鐵晶體的淡鈦液，使其增加酸度，同時加人大流量的水。并加大沖氣、加快浸取，要是加浸取水的速度太慢、量太少，則浸取初期的溫度太高，浸得的鈦液穩(wěn)定性會下降，亦容易發(fā)生早期水解。因此要嚴格控制浸取時的溫度、酸度和濃度，盡量避免鈦液發(fā)生早期水解，以免影響鈦液沉降、凈化和后期水解。水洗，進而造成鈦白粉產量和質量的降低。   十六、鈦液的還原    鐵在鈦鐵礦中以二價和三價兩種不同狀態(tài)存在，因此在浸取的鈦液

37、中既有硫酸亞鐵(FeS04），又有硫酸高鐵Fe2(S04 )3。這兩種鐵鹽在一定條件下，會發(fā)生水解而生成沉淀，其水解反應式如下：    上述兩個反應只有在達到一定的pH值時才會發(fā)生。硫酸亞鐵在酸性溶液中是穩(wěn)定的，只有在pH值大于6.5時才開始水解，因此在鈦液水解過程中，由于鈦液酸度大，它始終保持溶解狀態(tài)，待到偏鈦酸洗滌時才得以除去。而硫酸高鐵在溶液中的危害性比較大，因為它在pH值為1.5的酸性溶液中即開始水解，生成氫氧化高鐵沉淀。在偏鈦酸洗滌時，當pH值達到1. 5就會水解生成氫氧化高鐵沉淀混雜在偏鈦酸中，待到媛燒時即變成紅棕色的三氧化二鐵混在鈦白粉中，而影響產品

38、的白度。為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，在鈦液中就不允許有三價鐵的存在，因此必須把三價鐵還原成二價鐵。    鐵屑或鐵粉是一種廉價的還原劑，加人鐵屑或鐵粉的目的主要是將鈦液中的三價鐵還原成二價鐵。其還原反應的反應式如下：    究竟還原到什么程度才算將三價鐵還原完畢呢？鈦液中高價態(tài)的有三價鐵和四價鈦，由于三價鐵的被還原勢大于四價鈦的被還原勢，必須將三價鐵全部還原完畢，才輪到四價鈦的被還原，也即是說，當鈦液中出現(xiàn)三價鈦，說明鈦液中已經沒有三價鐵了，三價鐵已經全部還原成二價鐵了。其四價鈦還原為三價鈦的反應式如下：   

39、; 加鐵屑的另一個目的是可以將一部分重金屬離子還原為金屬隨殘渣而被除去。    由于在生產過程中鈦液經常遇到與空氣接觸或以壓縮空氣攪拌等氧化條件，要是沒有三價鈦存在，則二價鐵很快被氧化為三價鐵。但是，由于三價鈦的被氧化勢大于二價鐵的被氧化勢，有氧化條件的話，其必然先將三價鐵全部氧化完，才輪到二價鐵的被氧化。因此在鈦液中保持有一定量的三價鈦，可以保證二價鐵不被氧化，使鈦液始終保持沒有三價鐵的存在。不過，過多的三價鈦存在是不利的，因為在水解時，三價鈦不會發(fā)生熱水解生成偏鈦酸沉淀，冷水解也要在pH值>3才能水解，故其留在母液的廢酸里，若廢酸不加以回收利用，則會造成

40、鈦的損失。   十七、酸解、浸取和還原需要控制的指標   硫酸濃度92.5。   鈦鐵礦的質量要求。   蒸汽壓力0. 5MPa。   空氣壓力0. 3MPa。   酸礦比為（1.50一1.60）：1（加壓水解法），或（1.451.55）：1（常壓水解法）。   反應時硫酸濃度85-90。   預熱引發(fā)溫度80-120。   成

41、熟時間1-6h。   助冷時間10 - 30min o   浸取溫度<75。   還原溫度<70。   鈦液相對密度為1.5一1.55（涂料級），或1.48一1.52（非涂料級）。   本工段鈦液質量指標（見下表）。指標名稱       顏料級          &#

42、160;      非顏料級                                          加壓水解

43、法 常壓水解法          總鈦含量（g/L)120135   120135 120130  F值            1 82. 1 1. 7191 719三價鈦（g/L)   2. 05    1 53  23  &#

44、160; 穩(wěn)定性          350     300   300  酸解率     95. 5    94. 5   94       十八、浸取時出現(xiàn)難溶固相物的原因及其處理方法 &

45、#160;  浸取時出現(xiàn)難溶固相物的原因有多種說法，現(xiàn)歸納有下列10個方面。   酸解時吹人的壓縮空氣濕度過大，或酸解中過多冷凝水返回酸解鍋里。   使用酸濃度過低，用酸量過少，加水較少，與硫酸作用產生的水化熱少；加溫溫度過低，引發(fā)主反應的時間長，反應過于平緩和不完全，所得到的固相物堅實不易浸取。   硫酸濃度過高，酸解加水較多，產生水化熱多；或加溫溫度過高，主反應來得太早，反應溫度猛烈上升，不僅容易冒鍋，而且所得固相物硬實，也難以浸取。攀鋼鈦白粉廠何明川、杜長山、李建彬著文論述了該廠酸解反應引發(fā)溫度控制在80 - 90之間，可以達到消除固相物的目的。   助冷時間過短，固相物溫度過高就開始浸取，結果會形成硬殼，產生不溶性的鈦化物和鐵的堿式化合物。   沖氣攪拌不當，或鼓人的壓縮空氣壓力較小，或壓力管較小，特別在固化期間，反應物行將凝固之際，向薪稠的反應物吹人的空氣流不夠強烈，生成的固相物不夠疏松多孔，甚至是緊密堅實無孔，酸性水就很難侵人，而使固相物難溶。   在浸取時浸取的時間不足，或鼓人