钛液的制备

    在硫酸法钛白粉生产中，第一步就是先把固体的钛铁矿通过酸分解制备成可溶性钛的硫酸盐溶液，同时钛铁矿中的铁和大部分金属杂质也变成可溶性的硫酸盐，以便以后将各种杂质分离。因为偏铁酸亚铁(钛铁矿)是一种弱酸弱碱盐，用强酸(H₂SO₄)与它反应基本上是不可逆的，反应可以进行得比较完全。    钛铁矿的酸分解(简称酸解)有干法和湿法。干法是把磨细后的钛铁矿与硫酸混合进行加热、焙炒，待分解完成后加水稀释浸取，获得钛的硫酸盐溶液。该法不能进行大规模的工业化生产，目前在实验室中制备钛的硫酸盐溶液有时还用这种方法。    湿法就是目前普遍采用的硫酸法。湿法从发展的历史来看，曾有过5种不同方法:即液相法、固相法、两相法、加压法和连续法。    液相法:反应始终在液相状态下进行。在这里，硫酸(有效酸)浓度与钛总含量之比值非常重要叫做酸比值，通常以F来表示。采用55%~65%的硫酸酸比值较高(F值3~3.2)，所以得到的钛液绝大部分以正硫酸钛—Ti(SO₄)₂的形式存在。该方法因为反应时间太长，耗酸、耗蒸汽多，加上F值太高造成以后水解困难，水解率低，工业生产一般不采用此法。试验证明液相法的硫酸浓度即使只有10%，也能获得硫酸钛溶液，但反应时间更长，因为10%硫酸的沸点只有10℃，在98℃下反应8h，酸解率只有30%。    两相法:两相法采用的硫酸浓度为65%~80%，F值控制在1.8~2.2之间，操作时先把硫酸加热至120℃左右，然后加入矿粉继续搅拌加热到150~200℃，主反应3h，反应物为糊状物，接着冷却、加水浸取保持一定的悬浮液浓度，至酸解率达到85%~90%时为止。两相法虽比液相法耗用硫酸少，但反应时间长，酸解率低仍不经济。    固相法:该法是目前硫酸法钛白粉工厂普遍采用的方法，因为它与前两种方法相比具有反应温度高、反应历程短、耗用硫酸少的优点。用这种方法生产的硫酸浓度一般在85%~95%，反应激烈、迅速，由于浓硫酸的沸点高，最高反应温度可高达200~250℃，反应一般在5~15min内即可完成，反应放出大量的热，因此能源较省，耗酸也较少，F值一般控制1.7~2.1，所得产品为多孔的固相物，容易加水浸取，酸解率通常可以达到95%以上。    加压法:采用20%~50%浓度的稀硫酸，在一耐腐蚀的受压设备中进行，一般生产人造金红石或电焊条用的金红石有时采用此种方法。    连续法:该法使用发烟硫酸和20%硫酸的混合酸，先制得半流体状的反应物，然后再高温固化。加压法、连续法对反应设备的材质要求很高，操作复杂，在工业化钛白粉生产中尚未采纳。