硫酸法钛白粉的生产--酸解、浸取、还原（一）

    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(FeTi0₃），它是一种弱酸弱碱盐，能与强酸反应，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：

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    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TiO₂含量等三个因素会影响F值。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TiO₂浓度和有效酸浓度变化了，但其性质和F值是保持不变的，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

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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。