硫酸法钛白粉的生产工艺过程

    

    原则上岩矿(原生矿)和砂矿(次生矿)都能用于硫酸法的钛白粉生产。但是钛铁矿的组成很复杂，它与矿石的成因、类型、共生结构有关，既使在同一矿床内的钛铁矿，也因风化、蚀变的程度不同，使用效果也不同。因此选择好钛铁矿是生产出高质量产品的首要工作。一般选择钛铁矿时要特别注意如下几点。

    a.二氧化钛的品位高低是选择钛铁矿时首先要考虑到的因素，它直接影响工厂的收率和成本。二氧化钛品位过低，不仅要增加矿的消耗，而且还要多消耗硫酸，由于二氧化钛含量低，矿中的非钛杂质就高，使生产中的沉淀、净化过程变得复杂困难，一般矿中的二氧化钛含量应不低子47%。但是二氧化钛含量太高(60%以上)，酸解的难度增大，通常二氧化钛含量高的钛铁矿(特别是次生矿)一般都含有少量的金红石，金红石不溶于硫酸，最后在沉淀时与废渣一道排掉，使酸解率降低。

    b.二氧化钛的品位高低，主要涉及经济和消耗定额而钛铁矿中的FeO/Fe₂O₃的比值大小直接影响酸解的操作和安全。因为lmol的Fe₂O₃与硫酸起反应要比lmolFeO与硫酸反应多生成20KJ的热量，所以Fe₂O₃含量高的钛铁矿反应时放热量大、反应激烈、容量发生冒锅事故，而且在浸取还原时要多消耗铁屑和硫酸。国内某厂曾经计算过Fe₂O₃含量每增加1%，每吨钛铁矿仅多消耗的硫酸和铁粉的价值就达9.85元(1998年物价)。

     c.控制钛铁矿中有害杂质的含量是提高产品质量(白度、消色力)的关键因素之一。由于钛铁矿中的某些杂质通过一般的选矿方法很难除去，作为钛白粉生产者要注意控制矿中的有害杂质的含量。这些有害杂质主要是铬、钴、锰、钒、铅、铜、铌、锡、铈、稀土元素等过渡金属元素。上述元素在钛铁矿中通常以氧化物、砷化物、硫化物和磷酸盐的形式存在，在酸解时成为硫酸盐而溶解到钛液中，通过一般的重力沉降方法不能完全除掉，在水解时它们又沉淀、吸附到水合二氧化钛的表面，最后在煅烧时又变成氧化物而显色。如:Cr₂O₃含量超过1.5mg/kg时，产品即显淡黄色，V₂O₅含量超过70mg/kg时也能使产品色相发灰，Cr、Ni是公认的除铁以外最容易产生光敏现象的有害杂质，Pb和Cu的含量在冶金和电容器钛白粉生产中有严格的规定，Nb含量高则不适用于生产搪瓷用钛白粉，而且Nb₂O₅与Sb₂O₃反应会产生黄相，其他Mn,Pb、Co等的含量都不能过高。

    d.A1₂O₃,SiO₂,MgO,CaO,S,P等非金属杂质虽然对产品的白度没有多大的影响，但是它们在酸解时(特别是SiO₂和A1₂O₃会形成胶体，严重影响钛液的沉降和净化效果，给产品质量和收率导至不良的后果。CaO和MgO含量过高，在酸解时会形成体积庞大的硫酸钙和硫酸镁的沉淀，影响沉降效果和泥渣中钛液的回收率。硫含量过高会腐蚀设备，在酸解时会产生有毒的硫化氢气体，硫、磷含量过高还会对电焊条和搪瓷用钛白粉带来不良的影响，因为硫会使电焊条焊出来的焊缝有热脆性，而磷相反会使焊缝产生冷脆性。

    为了能生产出高质量的钛白粉，钛铁矿中的杂质含量最好不要超过以下范围。

    Fe₂O₃＜13%、Cr₂O₃＜0.03%、MnO＜1.5%、Nb₂O₅＜0.2%、V₂O₅＜0.5%、S＜0.2%、A1₂O₃＜1%、SiO₂＜1%、P₂O₅＜0.025%、金红石＜0.5%。

    以上杂质含量可以通过常规化学分析或光谱分析测定。通常外观带红、黄相有明显泥砂的矿肯定不是好矿。此外通过判断铁、钛氧化物以外的杂质含量多少，也能鉴别钛铁矿的质量优劣，一般情况下，钛铁矿中的TiO₂%+FeO%+Fe₂O₃%≥94%时，酸解、沉淀操作一般不会有大问题，当然还要考虑矿中的金红石含量的高低。对于氯化法钛白粉钒含量高的矿是不能使用的，因为钒的氯化物在四氯化钛蒸馏时不容易分离干净。

    不同矿点、不同质量的钛铁矿在使用时要区别对待，不要千篇一律的采用同样的工艺操作，有时不同类型的矿还要根据指标情况搭配使用。

    国外硫酸法钛白粉工厂的用矿情况一般按TiO₂含量低可分为a.TiO₂含量71%~85%的酸溶性钛渣(通常南非产的酸溶性钛渣TiO₂含量较高，加拿大、挪威产的较低);b.酸溶性钛渣与钛铁矿的混合矿(TiO₂含量60%~70%);c.普通钛铁矿(TiO₂含量45%~59%)。我国硫酸法钛白粉工厂的用矿类型属于c类。表1为世界钛白粉工厂(不含中国) 的用矿类型的比例。

表1                  世界钛白粉工厂的用矿类型

类型	矿源及品位	工厂数	占总能力/%	备注
硫酸法 a类 b类 c类	酸溶性钛渣 TiO2,71%~85% 钛渣+钛铁矿 TiO2,60%~70% 钛铁矿 TiO2,45%~59%	12 7 44	48 22 9 17	有5家100kt级的工厂
氯化法 a类 b类 c类	金红石矿 TiO2,90%~85% 南非高钛渣混合矿 TiO2,85%~89% 钛渣与低品位钛矿 TiO2,60%~84%	14 5 4	52 24 8 20	如Kronos工厂 如杜邦公司

    表2为我国冶金部制定的钛铁矿标准。

表2                        钛铁矿(矿砂)精矿YB-835-87

品级		TiO2/%＞	杂质含量＜/%
			CaO+MgO	P
一级	一类 二类	52 50	0.5 0.5	0.025 0.025
二级 三级 四级 五级		50 49 49 48	0.5 0.6 0.6 1.0	0.030 0.040 0.050 0.070

注:含铁金红石的钛精矿中TiO₂＞57%，(CaO+MgO)＜0.6%、P＜0.045%的产品作为一级品。

品级		TiO2/%＞	杂质含量＜/%
			P	Fe2O3
一级	一类 二类	50 50	0.02 0.02	10 13
二级	一类 二类	49 49	0.02 0.025	10 13

    注：精矿中TiO₂含量＞52%、P＜0.025%、Fe2O3＜10%的产品作为一级品。

    该表中的上表为生产人造金红石、钛铁合金、高钛渣、电焊条等用的钛铁矿规格；下表为生产钛白粉用的钛精矿规格。

    以上冶金部的标准是指砂矿(次生矿)，攀枝花之类的岩矿(原生矿)不在此内。

    国外常用的钛铁矿化学组成见表3。

表3                         按产地分的钛矿化学组成/%

成分	印度MK	印度Quilon	斯里 兰卡	澳大 利亚	马来 西亚	挪威	含钛 熔渣	石原人造 金红石	天然金红石AMA
TiO2	54.7	59.6	53.6	54.4	51.7	43.9	70.4	96.1	86.4
FeO	21.6	9.5	18.9	19.6	38.5	36.0	13.4
Fe2O3	19.5	24.6	23.3	20.2	3.77	11.1		1.70	0.25
SiO2	0.84	0.70	1.48	0.86	1.00	3.28	4.92	0.50	0.56
Al2O3	0.70	1.32	0.58	1.05	1.56	0.85	5.08	0.46	0.17
MgO	0.98	0.78	0.85	0.21	0.21	3.69	5.07	0.07	0.04
CaO	0.09	0.06	0.12	0.06		0.18	0.95	0.01	0.05
Cr2O3	0.07	0.16	0.09	0.04	0.02	0.03	0.11	0.15	0.15
MnO	0.43	0.48	0.95	1.55	3.15	0.33	0.26	0.03	0.41
V2O5	0.17	0.20	0.19	0.15	0.04	0.20	0.40	0.20	0.61
P2O5	0.07	0.14	0.07	0.06	0.09	0.12	0.04	0.17	0.02

    表4为我国常用钛铁矿中的杂质元素。

表4                        国内常用钛铁矿的杂质成分/(mg/kg)

元素	海南	攀枝花	云南	广西	元素	海南	攀枝花	云南	广西
Al	0.32%	0.65%	0.31%	0.44%	Na	159	633	128	720
Ba	18.2	8.0	17.0	19.3	Nb	320	50.9	302	661
Be	5.69		5.99	5.76	Ni	5.99	26.9	188	10.5
Ca	560	0.81%	179	0.22%	P	299	167	154	173
Cd	2.99	2.10	2.99	2.80	Pb	80.9	29.9	83.9	344.9
Cr	83.9	26.9	647	88.4	Sc	29.9	42.0	56.9	37.2
Cu					Sr	3.29	23.9	3.00	11.7
Li	5.09	5.09	6.89	5.01	V	935	446	2200	919.8
Mg	0.14%	4.03%	1.39%	0.13%	Zn	291	101	331	317
Mn	1.35%	0.48%	0.56%	1.52%	Ce	110	48	188	130
Mo	5.99	1.79	7.49	6.42	Zr			1.5%

    以上数据仅供参考，因为同一矿区不同矿点，同一工厂不同批号之间的钛铁矿分析数据都有差异。

    攀枝花矿的TiO₂含量较低一般为47.5%左右，硫含量较高通常在0.1%~0.2%之间，钙、镁含量也较高，但是其他对白度有害的杂质含量较少。云南矿的TiO₂含量一般为48.5%~49%，海南矿的TiO₂含量一般为49%~50%并含有一点金红石。