硫酸法钛白粉的生产--偏钛酸的漂白（二）

    3.水洗
    将还原漂白好的偏钛酸浆料，用叶滤机过滤，再用去离子水（最好是40-60℃并含有0.1％-2.0％的酸性水）洗涤偏钛酸，进一步洗去硫酸亚铁，直到偏钛酸含Fe₂0₃低于30*10^-6为合格。
    七、三价钛溶液漂白的操作步骤、要求、缺点及改进意见
    1．酸溶
    在带有搅拌的夹套加热的搪瓷反应锅中加人水洗合格的偏钛酸和水，搅拌并调整浆液浓度在含Ti0₂ 300g/L左右（若制金红石型钛白粉，此时应加人煅烧晶种），然后加人一定量的工业硫酸，使浆料的硫酸浓度在40-50g/L之间，通蒸汽加热至50-55℃，使氢氧化高铁溶解为硫酸高铁溶液。
    2.还原
    按Ti0₂计加人0.4％-1.0％的三价钛溶液作还原剂，继续搅拌，继续加热，使温度在50-55℃下保温1h，让硫酸高铁全部还原成硫酸亚铁。取样测定浆料中三价钛浓度（以Ti0₂计）为0.3-0.5g/L,冷却至40℃以下，即可水洗。在使用三价钛溶液时，必须滤去其中的固体杂质，以确保漂白的质量。同时三价钛离子容易在空气中被氧化，因此漂白时，浆料的温度不宜过高，保温期间的搅拌不宜过快。
    3.水洗
    将还原漂白的偏钛酸浆料，用带有真空负压的叶滤机或转筒真空过滤机吸浆过滤，再用砂滤水或去离子水（最好用40-50℃的含有硫酸0.1％-2.0％的酸性水）洗涤偏钛酸，进一步洗去硫酸亚铁，以便降低铁的含量，直到偏钛酸中Fe₂0₃的含量低于0.003％为合格。
    三价钛溶液漂白的缺点如下：三价钛溶液的制备需要单独的设备和增加制备工作量，同时制备过程复杂，制备时耗能大、耗酸多、成本高。为了克服这些缺点，某厂进行了下列改进：先将少量的偏钛酸悬浮液加入漂白锅，然后，加入全部漂白用的硫酸，让二者充分反应，经过30min后，开动搅拌，分次加人按Ti0₂计的铝粉至0.5％，让其混合均匀，即为三价钛溶液。再加人剩余的全部偏钛酸。在加人剩余偏钛酸时，开启直接蒸汽阀门，加热至85℃左右，保温1.5-2h，完成漂白工序。显然这种方法是在使用铝粉漂白的同时，已含有三价钛漂白的成分，漂白效果更令人满意。同时简化了制备过程，不必单独另行制备三价钛溶液，漂白锅同时又是三价钛的制备锅，不必单独增加三价钛的制备锅。因此其能耗、酸耗和成本都大为降低。
    八、能否用“酸洗”代替漂白
    偏钛酸在水洗过程中，其中的杂质硫酸亚铁会被溶于水的氧氧化为硫酸铁，当水洗的酸度pH值≥1. 5时，硫酸铁即水解生成氢氧化铁沉淀混在偏钛酸中。漂白的目的就是加硫酸把这些氢氧化铁溶解为硫酸铁，然后加还原剂将其还原为硫酸亚铁。由于硫酸亚铁水解的酸度pH值≥6.5,偏钛酸中的酸度不可能弱到这个程度，因此硫酸亚铁不会水解生成氢氧化亚铁沉淀，这样便可以通过水洗而除去铁。懂得这个原理后，就可以在源头上通过水洗后期pH值逐步升高后，适当地在洗涤水中加人少量硫酸，不让洗涤水的pH值>1. 5，这样硫酸铁就不会水解生成氢氧化铁沉淀混在偏钛酸中，偏钛酸中没有氢氧化铁，就不必漂白。由此可见酸洗可防止铁盐水解，可起到与漂白相当的作用，可以省略漂白工序。[next]
    九、酸溶、铝还原制取三价钛溶液的方法
    酸溶、铝还原制取三价钛溶液的方法如下：将用水洗合格的偏钛酸与硫酸按H₂S0₄：Ti0₂ = 5：1的比例，在耐酸搪瓷锅内配成180g/L的浓度，在搅拌下进行酸溶制得硫酸钛溶液，这个酸溶过程实际上是一个利用“溶解法”制备胶体溶液，进而变成硫酸钛溶液的过程。在此过程中，第一步是加热至沸，随着水分的蒸发，沸点逐步上升，当温度达到120-125℃时，偏钛酸胶粒逐步酸溶和分散成胶体颗粒；第二步是保温阶段，被分散的胶体颗粒全部被溶解。其反应式如下：

    待溶液澄清后，冷却即得茶褐色清澈透明的硫酸钛和硫酸氧铁的混合溶液。
    在制备过程中，溶液内既存在Ti⁴⁺离子，也存在胶溶性偏钛酸微粒。两者之间的分配比例决定于温度、溶解的延续时间、钛的浓度和酸的浓度。为了防止制得的硫酸钛溶液出现胶体溶液的聚结不稳定性，以至于产生出沉淀而无法进一步还原，就必须保证制备时浆料的酸钛比值≥5。
    在搅拌下将硫酸钛溶液冷却并加水稀释至80g/L左右，否则浓度过高，还原剂用量要相应增加，而且反应生成的硫酸铝会结晶析出。当温度降到75-80℃，将铝粉先用水调成浆状，在20一30min内分次加人，要防止因反应剧烈而出现冒锅事故。继续升温至80-90℃，保温1h，冷却后测定其三价钛浓度，必要时溶液过滤后才使用。还原率按下式计算：

    十、用酸溶、铝粉还原制取三价钛溶液所用硫酸和铝粉的计算
    设还原100kg Ti0₂，需要铝粉xkg，则其反应式如下：

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    按理论计算需要铝粉11. 26kg。但是有一部分铝粉消耗在与硫酸作用生成氢气上了，因此要用理论量的150％才能使还原率达到90％以上。即每还原100kg Ti0₂，实际上约需铝粉16. 9kg。
    【例］现有二氧化钛浓度为200g/L的偏铁酸浆料1. 5m³，如果铝漂白时要求浆料硫酸浓度为70g/L,铝粉加入量为0.5％（以Ti0₂计），问需要浓度为92％的工业硫酸多少升和铝粉多少公斤？
    解：需要的工业硫酸为：
                    70×1000×1．5＝105（kg)
    需要92％的工业硫酸为：
                  105÷92％＝114．13（kg)
    需要工业硫酸的容积为：
                      114.13÷1．824＝62. 57（L)
    需要铝粉为：
              200×1000×1．5×0.5％＝1．5（kg)
    因此，需要92％工业硫酸62. 57L和铝粉1. 5kg。
    十一、直接用冷冻除铁后的钛液进行铝还原制取三价钛溶液的优点及其制备的方法
    直接用冷冻除铁后的钛液进行铝（或锌）还原制取三价钛溶液的漂白还原剂的优点是酸耗少，溶程短，不会出现聚结不稳定性和便于操作。这种方法的特点是控制偏钛酸浆液浓度尽可能高，而游离酸的浓度尽可能低，从而使三价钛在偏钛酸上的吸附量增加，以利提高漂白效果。其制备方法如下。
    ①为了防止用铝还原后生成的硫酸铝在三价钛溶液中结晶析出，因此要在钛液中加水稀释，使其总钛浓度控制在80g/L左右。
    ②加人总钛量1. 5-2.0倍的硫酸。
    ③升温至70℃，缓慢分次加人用水调匀的铝粉浆料。
    ④控制还原温度在80℃。
    ⑤还原完毕后，在85-90℃温度下保温1h。为了避免三价钛被空气氧化，搅拌不宜过快。
    ⑥冷却至室温，过滤除去固体杂质，以确保漂白质量。
    ⑦三价钛是强还原剂，易被空气中的氧氧化而降低还原效果，因此贮存不宜超过48h。
    为了降低制取费用，亦有厂家用铁粉代替铝粉来制取三价钛溶液，但是这种方法所制得的三价钛液杂质较多，对成品质量有影响，因此很多厂家不敢采用。
    十二、漂白偏钛酸时测不出三价钛或测出三价钛过高或过低的原因、不良影响及补救措施
    为了保证偏钛酸中的三价铁全部被还原成二价铁，必须自始至终都要保持浆料中有一定量的三价钛。因为三价钛的被氧化势比二价铁大，即三价钛比二价铁易氧化，三价钛的存在，说明浆料中不含三价铁。
    浆料中测不出三价钛，说明三价铁尚未完全被还原为二价铁，若将这种浆料锻烧，则成品会因含有Fe₂0₃而呈黄相；若测出浆料含三价钛过低，则在漂白后的水洗时，三价钛很快就被水中的氧所氧化，接着二价铁就被氧化成三价铁，三价铁很容易水解生成氢氧化铁而难以除去，致使缎烧时也造成成品出现黄相；若测出浆料三价钛过高，则水洗易洗去三价钛而降低回收率。要是漂白水洗后仍有三价钛就进行缎烧，而缎烧时又没有充分氧化成四价钛，那么成品会因含有Ti₂0₃而呈灰相。[next]
    测不出三价钛的原因如下：①所加还原剂的量不足；②偏钛酸中含铁量较高，所加的三价钛不足以将三价铁全部还原成二价铁；③还原剂质量差，加人温度太高，发生了钝化现象；④漂白温度低，酸度控制不当或搅拌速度太快，浆料中三价钛被重新氧化。补救的办法是重新补加还原剂，使浆料中的三价钛保持在0.3-0.5g/L之间。并改进操作条件，适当延长保温时间，使还原进行完全；三价钛含量过低的原因，主要是所加还原剂的量不足，应补加还原剂。三价钛过高的原因如下：①所加还原剂太过量；②搅拌不均匀，一部分偏钛酸中还未渗人还原剂。补救的办法如下：①准确计算应加还原剂的量；②延长搅拌时间，使还原剂均匀地渗人到浆料中去。
    十三、还原后的偏钛酸应该用去离子水洗涤
    因为普通自来水还含有少量铁等杂质。要是用普通自来水洗，则会重新污染到偏钛酸，达不到漂白的目的。因此还原后的偏钛酸不能用普通自来水洗涤，而要用去离子水进行洗涤。