[发明专利]制备高纯度金红石型或锐钛型纳米二氧化钛的方法

说明书

技术领域

本发明属于无机功能材料制备技术领域，具体是一种制备高纯度金红石型或锐钛型纳米二氧化钛的方法。 

背景技术

二氧化钛具有稳定的物理性质、化学性质和优良的光学、电学性质，以及优良的颜料性能，用途十分广泛。涂料、塑料、橡胶、化纤、造纸、油墨、化妆品、玩具、电容器、显像管、国防尖端技术、食品、医药、化学试剂、电焊条、搪瓷、陶瓷、玻璃、耐火材料、冶金、人造宝石、美术颜料、皮革、印染色浆、肥皂、催化剂等都要用到二氧化钛。 

目前二氧化钛的制造主要有氯化法和硫酸法。氯化法技术先进，流程短，易于实现自动化，产品质量好。但原料要求高品位高，使用金红石矿，属稀缺资源；技术难度大，要求高温下耐四氯化钛、氯气、氧气的材料和设备，投资费用高，维修困难，优势已不在。硫酸法原料便宜，工艺成熟，设备简单，但工艺流程长，能耗高，三废排放多，产品质量差。 

目前国内有产能在3～15万吨/年的企业47家，总产能350万吨/年，其中采用氯化法生产的一家，其它均采用硫酸法生产。产能过剩，处于保本或亏损状态。 

发明内容

本发明提供一种制备高纯度金红石型或锐钛型纳米二氧化钛的方法，以钛铁矿为原料，经盐酸溶矿，结晶氯化亚铁，氧化，溶剂萃取除铁，胶凝除硅，热水解，得到高纯度的金红石型或锐钛型纳米二氧化钛，粒径在10～40nm。 

本发明采用的具体技术方案是： 

(1)溶矿：钛铁矿粉，经盐酸溶矿，溶矿的矿酸比为3～5，盐酸的浓度为30～38％；溶矿温度在60～100℃，溶矿率98％，滤除矿渣，得到溶解钛液； 

用盐酸溶矿，矿酸比可通过钛铁矿中酸可溶物及所消耗的氯化氢量、溶矿终了时所期望的钛液中盐酸的浓度进行计算，一般期望最终有约9mol/L的盐酸。足量的盐酸可提高溶矿率 和溶矿速度，同时防止溶矿过程中钛的水解，以保证钛的溶出率。 

如果钛铁矿中铁的含量过高，高的酸度会使氯化铁在溶矿过程中析出，这样会减慢溶出速度，也会使析出的氯化铁过滤除去。因此，钛铁矿的组成、酸浓度、浸出温度要综合考虑。一般矿酸比在1：3～4，溶矿温度在60～100℃，溶矿时间在4～6小时。 

粒度小的钛铁矿有较好的溶解速率，一般应在300μm，溶矿率应在90％以上。 

如果使用浓度较低的盐酸，也可采用多次溶矿的方式，以达到预期的浸出率。 

本发明中所用的大部分盐酸来自回收，回收的盐酸经过氯化氢增浓得以重新使用。 

(2)结晶氯化亚铁：溶解钛液经冷却，结晶四水合氯化亚铁，过滤分离氯化亚铁结晶，得到含较少量铁的钛液；将分离出的氯化亚铁晶体进行高温水解，再生氯化氢； 

钛铁矿中一般含有二价铁和三价铁，所以浸出液中含有二价和三价铁离子，为了减少后续一次溶剂萃取负荷，现将大部分二价铁结晶除去，浸出液冷却至0～4摄氏度即可使四水合氯化亚铁结晶析出，通过过滤分离钛液中的二价铁，适当注入氯化氢提高盐酸的浓度可使二价铁最大程度结晶，结晶得到的氯化亚铁通过较高温度水解可得到盐酸和铁的氧化物，氧化铁可用作钢厂炼钢的原料。 

(3)氧化：将钛液中残存的氯化亚铁氧化为氯化铁； 

结晶氯化亚铁后的钛液仍含有少量二价铁，应将其氧化为三价铁，以便萃取，可选择的氧化剂可以是氯气、双氧水、氯酸钠等，为使萃取较为完全，二价铁氧化完全程度是重要的，氧化程度可通过在线检测控制实现。 

(4)一次溶剂萃取：仅进行一次溶剂萃取，可制取纯度为99.5％的金红石型二氧化钛 

将氧化后的钛液，用含有胺类萃取剂的有机油相进行3～5级连续萃取，得到含有三价铁离子的反萃液和含有钛离子的萃余液； 

所述胺类萃取剂为叔胺，其通式是R₁R₂R₃N，其中R₁、R₂、R₃为具有8～10个碳原子的直链或支链的烃基。 

所述萃取剂的稀释剂可选择煤油、醇类溶剂，醇类可选择辛醇、癸醇，各组分的比例具有较宽的适用范围，并非是苛刻的。因为该萃取过程属于溶剂萃取，萃取剂的选择及组成是重要的，其对萃取容量、选择性、分层速度有较大影响。另外萃取温度会导致萃取油相的粘 度变化，对萃取剂的萃取容量、分离因数、分层速度影响显著，一般萃取温度应在30摄氏度。萃取段的油水比可选择1～2。 

(5)胶凝除硅：加入胶凝剂、控制酸度，使含钛离子的萃余液中的硅凝聚沉降，过滤除去硅，钛液精滤；