[发明专利]一种清洁型钛渣酸解制备锐钛矿型二氧化钛的方法

说明书

技术领域

本发明属于采用硫酸法生产催化剂载体、钛白粉等二氧化钛的制备领域，涉及一种以钛渣为原料，并采用低浓度无机酸进行酸解制备二氧化钛的方法，具体为一种清洁型钛渣酸解制备锐钛矿型二氧化钛的方法。

背景技术

二氧化钛是一种广泛应用于化工、冶金等行业的常见原料，广泛应用于油漆、化妆品(紫外线吸收剂)、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、陶瓷、搪瓷、电子、食品及医药等工业。纳米二氧化钛性质稳定、比表面积高、耐酸碱性好、光催化活性高，如今也逐渐成为光催化领域的热点；同时也可作为多种催化剂的载体材料，如SCR脱硝催化剂等。

SCR技术是治理氮氧化物（NO_x）污染最有效的方法之一，SCR脱硝催化剂是SCR技术的核心所在。对于SCR脱硝催化剂，锐钛矿型二氧化钛是良好的催化剂载体材料。尤其纳米二氧化钛具有巨大的比表面积，可提高活性组分V₂O₅的分散度，增加 V₂O₅与反应气体的接触机会，提高催化活性，而且还可以削弱V₂O₅的SO₂氧化性，提高SCR 反应的选择性，抑制催化剂的烧结等。二氧化钛载体占商业SCR催化剂重量百分比的80~90%，对催化剂的性能和成本都有重要影响。目前我国生产SCR催化剂所需二氧化钛载体主要从日本、德国和法国少数专业二氧化钛生产厂商外购，导致SCR催化剂成本较高，限制了我国SCR脱硝技术的发展。因此，亟待开发一种低成本、低消耗、高性能的纳米二氧化钛生产工艺，降低SCR脱硝催化剂成本，推进SCR脱硝技术的发展，以缓解氮氧化物（NO_x）对环境造成的污染。

发明内容

本发明的目的在于针对以上技术问题，提供一种生产流程简单、易于操作、清洁、污染少的纳米二氧化钛生产工艺，使制备出纯度较高、粒径小、比表面积大的纳米二氧化钛，以满足生产钛白粉、海绵钛，尤其适用于SCR脱硝催化剂载体的要求，降低SCR脱销催化剂的成本的一种清洁型钛渣酸解制备锐钛矿型二氧化钛的方法。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

锐钛矿型二氧化钛，主要用于催化剂载体，本发明以常见的工业钛渣为原料，先将其与碱混合焙烧、水洗后，采用硫酸酸解、水解、煅烧制备出锐钛矿型二氧化钛。

一种清洁型钛渣酸解制备锐钛矿型二氧化钛的方法，该方法以工业钛渣为原料，钛渣是指钒钛铁矿冶炼后的高炉含钛废渣、高钛高炉水淬渣或冶炼海绵钛高钛渣等，钛渣中TiO₂所占的质量百分含量为46% ~ 85%，该方法具体包括以下步骤： 

（1） 钛渣研磨与还原焙烧：将钛渣于粉碎机研磨至粒径为5-20μm，并与适量碱混合均匀后进行还原焙烧；所述的碱为氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾和碳酸钾中的一种或两种的混合物，碱的添加量与钛渣的质量比为1.10 ~ 1.65：1，还原焙烧温度为400℃- 600℃，焙烧时间2h-6h。

（2） 钛渣水洗：将焙烧后的钛渣经蒸馏水浸泡后，在常温下用蒸馏水清洗至洗出液为中性，将碱性水洗液浓缩至4mol.L^-1以上，可用于步骤（4）中二氧化钛水解，同时收集碱性水洗液，并将钛渣烘干；

（3） 钛渣酸解：采用稀硫酸在常压下对钛渣进行酸解浸出，得酸解液；稀硫酸质量浓度为15%-55%，稀硫酸与钛渣的质量比为0.3-1.1:1。，添加量以重量份计为：碱1.10-1.65份，钛渣1份。酸解浸出中酸解温度为90℃-105℃，时间为1.5h - 4h。

（4） 钛液水解：将步骤（3）中得到的酸解液加入适量还原铁粉进行还远，将Fe³⁺还原为Fe²⁺，直至有气泡产生后，将（2）中碱性水洗液加入酸解液中进行中和、水解，直至pH值为2-2.5时，偏钛酸沉淀析出；

（5） 后处理：将偏钛酸颗粒清洗干净、过滤、烘干，在450℃ ~ 650℃下焙烧2h ~ 4h后转变晶型，得到锐钛型纳米二氧化钛。

步骤（3）中还可以加入添加剂，使钛渣在硫酸溶液中更容易浸出，其添加量为每千克钛渣添加1g -15g添加剂，所述的添加剂为硫酸铵。

步骤（4）中加入碱中和时，预先加入吐温-40、吐温-60、吐温-80、聚乙二醇2000、十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种的混合物，其添加量为每千克钛渣添加12g -90g,以提高纳米二氧化钛的比表面积。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：