硫酸法钛白粉的生产--酸解、浸取、还原一、酸解方法根据参与反应的硫酸浓度和最终反应产物的状态，钛铁矿酸解的方法有液相法、两相法和固相法三种。

1.液相法采用55%-65％的硫酸，酸解反应在液相进行，反应温度为130℃-140℃，反应时间为12-16h,为了防止早期水解，酸比值（F）控制在3-3.2，直接得到硫酸钛溶液。

2.两相法采用65%-80％的硫酸，反应温度为150-200℃，反应时间为6-8h，F值控制在1.8-2. 2，加热至有沉淀析出为止，所得产物呈糊状，加水浸取后，生成悬浮溶液，反应率达85％一90％。

3.固相法采用80％以上的硫酸，反应剧烈迅速，在5-30min内完成，反应最高温度达250℃，由于硫酸的沸点为338℃，所以能够适应这一要求。

所得产物为固相物，然后加水浸取为溶液，控制F值在1. 6-2. 0，最高酸解率可达97％。

二、固相法酸解的优点液相法和两相法酸解的反应时间长，耗用硫酸多，钛铁矿的分解率低。

与这两种方法比较，固相法具有下列优点：①耗用硫酸量最少；②反应最迅速，可减少加温时间，缩短生产周期，提高设备利用率和产量，节约燃料；③酸解率最高；④溶液F值比较低，有利于后期水解的进行；⑤设备强度大，生产能力高。

正是由于固相法酸解的优点多，所以工业生产一般都采用固相法。

三、酸解发生的化学反应钛铁矿的化学组成是偏钛酸亚铁(FeTi0），它是一种弱酸弱碱盐，能与3强酸反应，并能进行得比较完全。

硫酸分解铁铁矿的反应一般认为是按下列反应式进行：酸解后生成的硫酸钛和硫酸氧钛之间的比例，由酸解条件而定，从反应式(1)、反应式(2)可以看出，每生成lmol的硫酸钛，需要2mo1的硫酸，而每生成lmol的硫酸氧钛，只需要1 mol的硫酸。

由此可见，硫酸过量得越多，越有利于反应的进行，且生成硫酸钛。

四、有效酸在酸解产物浸取所得的钛液中，硫酸主要以三种形式存在：①与钛结合的硫酸；②与其他金属（主要是铁）结合的硫酸；③未被结合，过剩的游离酸。

由于无法单独测定与钛结合的酸和游离酸，只能测定这二者的总和，因此就把这两者的总和称为有效酸。

有效酸=与铁结合的酸＋游离酸同样的钛液，如果经过浓缩或稀释，其浓度变化了，但其性质仍没有变化。

五、酸比值及其影响因素，酸比值的高低将产生的影响钛液中有效酸与总钛含量之比值称为酸比值，酸比值又称酸度系数，通常用F来表示：从公式看，游离酸、与钛结合酸和总TiO含量等三个因素会影响F值。

2但是F值只是一个酸比值，它在很多情况下，并不能说明一些本质的问题。

例如，钛液经过浓缩或稀释后，其总TiO浓度和有效酸浓度变化了，但其性质和F值2是保持不变的，溶液中硫酸氧钛与硫酸钛的比值改变时，游离酸也随之而变，但是其F值却不会改变；有效酸的测定由于终点不够明显，也容易出现误差，因此F值只能作为生产参考，对其数值要结合工艺过程进行具体分析。

F值的高低，除了能显示钛液中钛的组成、能评价酸的效果与质量外，还会影响水解速率、水解率和水解产物偏钛酸的结构。

六、固相法酸解所得钛液可用硫酸氧钛表达中，既有硫酸钛，也有硫酸氧钛。

可以认为，如果全部是硫酸钛，则其F值应为2. 45，再加上铁液中尚有一定量的游离酸，那么，其F值更应该大于2. 45。

但是固相法浸取所得的钛液的F值，一般只有1.6-2.0，其F值远远没有达到2. 45，更没有超过2.45，因此铁液中硫酸钛的含量不会很多，而铁液的F值＜2. 45时，都说明其含量是以硫酸氧钛为主。

固相法钛液的F值只有1.6-2.0，就可以用硫酸氧钛表达。

在酸解反应的200℃以上，反应物水和反应生成的水都已蒸发了，具备生成Ti(S04)2的条件，但是用酸矿比为(1. 45-1. 55)：1，不足以将钛变成Ti (S04）2，所以在固相物中还存在TiOS04。

Ti (S04）2只存在于固相物，一旦浸取遇水即水解生成TiOS04，因此钛液的钛均以TiOS04的形式存在。

七、与钛结合酸和游离酸的计算固相法酸解得的钛液，一般F值在1.6-2. 0之间，则FOA值就在30. 45％-63. 07％之间。

F值每相差0.1，则FOA值相差8.15％，使用FOA值来表示，更易于控制。

九、钛液的稳定性及其对生产的影响稳定性又称稳定度，就是在钛白粉生产中，铁液在条件变化的情况下，有发生早期水解而析出白色胶体粒子的倾向，这种倾向的强弱程度称为钛液的稳定度。

表示这种倾向强弱的特性称为钛液的稳定性。

钛液的稳定性是以每毫升钛液，用25℃的蒸馏水稀释到刚出现白色浑浊时，所需要蒸馏水的毫升数来表示：稳定性是衡量钛液质量好坏的重要指标。

一般颜料级加压水解钛液的稳定性控制在K≥350;常压水解钛液可以放宽到K≥300。

要是出现稳定性差的钛液，则会对钛白粉生产带来下列不良影响：①钛液容易出现早期水解而生成胶体微粒悬浮于钛液中，造成沉降和压滤的困难，以至于影响产量的提高；②钛液产生的含钛胶体微粒，最终要跟残渣一起沉降而被除掉，使钛的回收率降低；③钛液属于非颜料级钛液，只能生产出低档的搪瓷钛白粉，这种钛白粉价格较低；④钛液后期水解所生成的偏钛酸，有一部分粒子较小，容易造成水洗穿滤流失，直至锻烧时从烟囱飘散不少，使回收率降低；⑤这种钛液本身就已经产生早期水解而生成有胶体微粒，这种胶体微粒极易穿过滤层而存在于钛液中，到后期水解时，成为不良的结晶中心，使水解得到的偏钛酸粒子大小不均匀，容易吸附较多杂质，不仅使水洗时间延长而影响产量，还使产品带色影响白度。

同时不规则的小颗粒多，还会造成锻烧时易烧结，而使产品的白度、消色力和分散性能降低，影响到产品的质量。

十、钛液的早期水解及影响钛液稳定性的因素一般来说，从酸解后到未进行后期正式水解之前，钛液中不应含有偏钛酸和正钛酸这两种胶体粒子，但是有时在钛液的浸取、还原、输送和存放过程中，由于操作不当或条件变化，而在钛液中出现上述两种白色胶体物质，这种现象称为钛液的早期水解。

要想了解影响钛液稳定性的因素，还得从钛铁矿的酸解和钛液的水解中去找原因。

1.由酸解的反应式(1)、反应式(2)比较可知，在相同的钛铁矿下，反应式(1)用酸多，得到的是稳定的硫酸钛，而反应式(2)用酸少，得到的是不稳定的硫酸氧钛，说明酸解时用酸多对提高铁液的稳定性有好处。

钛液水解的主要反应式如下：从反应式(7)、反应式(8)、反应式(9)可知，三个水解反应都生成新硫酸，说明钛液中酸多会使水解反应可逆，可以抑制早期水解的发生。

所以酸解时用酸较多或浸取时加废酸较多，使钛液中含酸浓度增大，对提高钛液的稳定性有好处。

从实验可知，取浓钛液1mL,测得其稳定性为400；若取同样的浓钛液1mL，再加人浓硫酸1滴，结果测得其稳定性为450，说明多加酸其稳定性会提高。

2.从水解的反应式(7)、反应式(8)、反应式(9)可知，水是反应物，按化学反应规律，增加反应物会使反应向右进行，增加了水，就增加了反应物，就有利于水解的进行，而使钛液不稳定，说明水多没有好处。

由反应式(8)、反应式(9)比较可知，在同等的硫酸氧钛的情况下，反应式(9)加水多，反应式(9)在冷的条件下也能发生水解反应。

由此可见，在相同的条件下，钛液越稀（水越多）其稳定性就越差。

3.从反应式(7)、反应式(8)、反应式(9)三个水解反应式可知，钛液的水解是吸热反应，因此加热会使反应向右进行，会促进钛液发生早期水解而使钛液不稳定。

从实验可知，同是1mL钛液，在12℃，K=500；在25℃，K＝400；在65℃，K＝200；在100℃，K=0。

由此可见，温度上升，钛液的稳定性下降，加热对钛液的稳定性不利。

综上所述，影响钛液稳定性差的主要原因是酸少、水多、加热。

那么要提高钛液的稳定性，就必须针对钛液的酸度、浓度、温度这三个主要因素进行分析研究并加以控制。

1．酸度酸解用酸多既可提高钛液的稳定性，又可使酸解反应较完全而提高酸解率，但是用酸过多，既会增加硫酸的消耗，增大钛白粉的生产成本，又会增大后工序钛液后期水解的困难，因为从水解反应式可知，酸多会使水解反应可逆，偏钛酸粒子难以长大，水解率降低，水洗时由于偏钛酸粒子细而出现穿滤流失造成损失。

因此要权衡利弊，优化出一个既使钛液稳定，不至于出现早期水解，又要有利于后期水解的最佳用酸量。

根据酸解反应式计算，要想得到稳定性高的硫酸钛，则要按反应式(1)反应，这样其酸矿比是1. 932：1,也就是说，1吨钛铁矿要用1. 932吨的硫酸；要想得到稳定性差的硫酸氧钛，则要按反应式(2)反应，这样其酸矿比是1.29：1，也就是说，1吨钛铁矿要用1. 29吨的硫酸。

除此之外，其他化合物特别是铁的氧化物也要消耗一定量的酸。

一般来说，酸矿比越大，用酸越多，钛液就越稳定；酸矿比越小，用酸越少，钛液就越不稳定。

从理论分析和实践应用证实，加压水解流程采用酸矿比在(1.50-1.60)：1为最佳比值；常压水解流程采用的酸矿比在(1.45-1.55)：1为最佳比值。

究竟采用多少才适宜，还要视钛铁矿的质量、工艺要求的酸度和浸取时是否加废酸及废酸加人量而定。

2.浓度①酸的浓度使用硫酸的浓度和控制反应时硫酸的浓度，对铁液的稳定性影响较大。

使用时硫酸其浓度大于96％时，酸解反应所得到的固相物硬实，多孔性差，浸出时很难溶解，所得钛液的稳定性会下降，当然酸解率也低；若使用的硫酸浓度小于92％，则酸解后的固相物不易固化，甚至呈糊状，反应不完全，浸出所得的铁液稳定性也差，还会造成沉降等净化的困难，酸解率也不高。

一般使用硫酸的浓度在92％-96％之间为宜。

现在很多厂家都摸索并掌握了浓酸反应的规律而直接采用98％的硫酸进行酸解。

反应时硫酸的浓度大于90%，则反应温度高，使反应初期的生成物在反应结束时已发生早期水解而使钛液不稳定；反应时硫酸的浓度小于85％，浸取所得铁液的稳定性也差，一般控制反应时硫酸的浓度在85％-90％之间。

实践证明，使用越浓的硫酸，反应时稀释的浓度要偏低限；使用较稀的硫酸，反应时稀释的浓度要偏高限。

不过使用稀酸时，由于酸解加水较少，水与硫酸作用产生的热量少，常常需要用加蒸汽的方法来提高引发热，才能获得较好的酸解效果。

浓度较高，溶液不容易析出胶体颗②钛液的浓度较少、钛液的Ti02粒，稳定性较好；水太多，浸取的浓度太低，则钛液不稳定，容易发生早期水解，同时对后期水解产物偏钛酸的颗粒大小和结构也会产生不良影响，还会增加浓缩的工作量。

为此在加水浸取时，必须严格控制，相对密度一般控制在1. 5-1. 55之间，即总Ti0含量要≥120g/Lo为了减少水分，在将钛液结晶时，除去大部分2浓度得到提高，有硫酸亚铁的同时，也带走了大量的结晶水，使钛液的总Ti02利于钛液稳定性的提高。

为了减少水分，还必须将钛液进行浓缩，使其继续除去一部分水，使总Ti02含量达到(200±5) g/L（加压水解）或215-230g/L（常压水解），以利钛液浓度增大、稳定性提高和后期水解时制出具有优越颜料性能的钛白粉。