專利名稱：鈦鐵礦電解滲析分離法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈦鐵礦的鈦鐵分離方法，屬濕法生產(chǎn)二氧化鈦和氧化鐵技術(shù)領(lǐng)域。
二氧化鈦和氧化鐵是兩項(xiàng)大宗的化工基礎(chǔ)原料，硫酸法是傳統(tǒng)的濕法生產(chǎn)二氧化鈦的主要主法。該法將鈦鐵礦中的鐵分離出來后，得到的是價(jià)值很低的硫酸亞鐵，并且在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的廢酸需要排放處理，造成生產(chǎn)成本高、環(huán)境污染嚴(yán)重，使該種生產(chǎn)方法幾乎面臨絕境。而現(xiàn)有的氧化鐵濕法生產(chǎn)工藝，以廢鐵皮為主要原料，使氧化鐵的生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)量受到廢鐵皮的資源和品質(zhì)限制。
本發(fā)明的目的在于同時(shí)解決現(xiàn)有二氧化鈦和氧化鐵生產(chǎn)方法的缺點(diǎn)，提供一種用電解滲析法分離鈦鐵礦，同時(shí)得到二氧化鈦和氧化鐵、不排放廢酸、產(chǎn)品質(zhì)量高、不受廢鐵皮資源限制、綜合效益好的鈦鐵礦電解滲析分離法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是該鈦鐵礦電解滲析分離法的特殊之處在于采用電解滲析法分離鈦鐵礦，在用陰離子交換隔膜分為陽極區(qū)和陰極區(qū)，以稀硫酸或希鹽酸作為分離介質(zhì)的電解滲析漕中，利用陽極區(qū)的氧化作用，陰極區(qū)的還原作用和陰離子交換隔膜的滲析作用，同時(shí)完成鈦鐵礦的鐵鈦分離，氧化鐵的生成或鐵的還原提純，以及酸的循環(huán)使用。電解滲析槽的陽極區(qū)為酸解區(qū)，陰極區(qū)為水解區(qū)；首先在電解滲析槽的陽極區(qū)進(jìn)行鈦鐵礦的鐵、鈦分離，將鈦鐵礦按一定的礦酸比加入盛有稀硫酸或稀鹽酸(兩種酸可根據(jù)實(shí)際需要選用一種)的電解槽陽極區(qū)中，經(jīng)電化學(xué)氧化作用，由稀硫酸或稀鹽酸選擇性地將鈦鐵礦中的鐵溶解出來，與不溶于稀酸的固相二氧化鈦分離(即同時(shí)生成液態(tài)FeSO4、Fe2(SO4)3或FeCl2，F(xiàn)eCl3，以及固相TiO2)通過控制陽極區(qū)的PH值為1-2(具體數(shù)值據(jù)實(shí)際需要定，使二價(jià)鐵離子全部氧化成三價(jià)鐵離子即可)，使溶解出來的二價(jià)鐵離子(FeSO4或FeCl2)全部氧化成三價(jià)鐵離子[Fe2(SO4)3或FeCl3]，實(shí)現(xiàn)一步氧化法，而不需要傳流濕法氧化鐵生產(chǎn)工藝中的兩步氧化法；鐵離子的氧化完成后，進(jìn)行固液分離過濾，鐵溶于液相，二氧化鈦留在固相；分離后的母液送到電解滲析槽的陰極區(qū)，控制陰極區(qū)的PH值為2～3(具體數(shù)據(jù)實(shí)際需要定，使鐵離子充分水解沉淀即可)，并加入普通氧化鐵晶種[促進(jìn)鐵離子水解結(jié)晶成固相，該晶種據(jù)需要產(chǎn)品不同可為Fe2O3，F(xiàn)eOH或Fe(OH)3]，使鐵離子水解沉淀，生成固相氧化鐵(Fe2O3)，此時(shí)，陰極液中的硫酸根離子或鹽酸根離子在電場力的作用下，通過陰離子交換隔膜返回陽極區(qū)；當(dāng)陰極區(qū)中硫酸根或鹽酸根離子減少至排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，即可進(jìn)行脫水過濾得到氧化鐵濾餅，再經(jīng)洗滌、干燥(100～105℃下進(jìn)行)、粉碎(至～325目)的常規(guī)工藝生產(chǎn)非顏料用氧化鐵[通過控制不同的晶種和水解、沉淀?xiàng)l件(即PH值)可得到氧化鐵紅FeO3、氧化鐵黃Fe2O3.nH2O或氧化鐵黑Fe3O4]；或通過控制陰極電位大于鐵的析出電位(鐵的電位一般為2～4伏)，使陰極區(qū)母液中鐵離子直接還原成金屬鐵，由陰極析出，再經(jīng)常規(guī)氫還原(700～800℃時(shí)進(jìn)行)及粉碎工藝，生產(chǎn)純鐵粉；陽極區(qū)固液分離出來的固相物(TiO2及少量反應(yīng)不充分的鈦鐵礦)經(jīng)水洗后，再進(jìn)行磁選，將磁選出來的殘留鈦鐵礦返回陽極區(qū)繼續(xù)進(jìn)行酸解，對磁選分離出的高酸溶性(溶于高濃度酸中)二氧化鈦非磁性料，加入94％的硫酸或28％的鹽酸(根據(jù)需要，選擇與陽極區(qū)酸解一樣的一種酸)進(jìn)行酸溶，再進(jìn)行水解、固液分離過濾，將分離得的稀酸液相送至陽極區(qū)循環(huán)使用，分離得的固相(偏鈦酸)經(jīng)常規(guī)水洗漂白、鹽處理、煅燒(800～900℃)、研磨(至～200目)、表面處理工藝(不再需要常規(guī)酸法鈦白生產(chǎn)工藝中的冷凍分離工序)生產(chǎn)顏料用二氧化鈦；或?qū)⒃摱趸伔谴判粤辖?jīng)常規(guī)干燥(100～105℃進(jìn)行)及粉碎(至～320目)工藝，生產(chǎn)非顏料用二氧化鈦。從陰極區(qū)過濾得到的氧化鐵濾餅還可經(jīng)洗滌、鹽處理、干燥(100～105℃進(jìn)行、研磨至～325目)、表面處理的常規(guī)工藝，生產(chǎn)顏料用氧化鐵；非顏料用二氧化鈦還可經(jīng)常規(guī)工藝，在900～920℃煅燒(并加入晶型轉(zhuǎn)換劑ZnO)生產(chǎn)人造金紅石。該鈦鐵礦電解滲析分離法中分離介質(zhì)稀硫酸或稀鹽酸的濃度為18～24％(據(jù)實(shí)際需要選用)，加入陽極區(qū)進(jìn)行反應(yīng)的礦酸質(zhì)量比為1∶4～6(使鐵完全溶解即可)，反應(yīng)溫度為100～110℃(據(jù)需要定，使鈦鐵礦充分反應(yīng)即可，可用蒸氣加熱法等公知方法加熱)。在陽極區(qū)中還可加入水合二氧化鈦晶種，使少量溶于稀酸的二氧化鈦沉淀返回固相(二氧化鈦基本不溶于稀酸中)以提高回收率和產(chǎn)量質(zhì)量。直接還原金屬鐵時(shí)，陰極電位控制在2～4伏以上，使母液中鐵離子充分還原即可。
附圖
為本發(fā)明工藝流程圖。
以下對本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步闡述。
例1該鈦鐵礦電解滲析分離法用電解滲析法對鈦、鐵進(jìn)行分離，在用陰離子交換隔膜分為陽極區(qū)和陰極區(qū)，以24％硫酸作為分離介質(zhì)的電解滲析槽中，同時(shí)完成鈦鐵礦的鐵、鈦分離，氧化鐵的生成或鐵的還原提純，以及硫酸的循環(huán)使用。電解滲析槽的陽極區(qū)為酸解區(qū)，陰極區(qū)為水解區(qū)。首先在電解滲析槽的陽極進(jìn)行鈦鐵礦的鐵鈦分離，以1∶6的礦酸質(zhì)量比向陽極區(qū)中加入鈦鐵礦，通過向電解槽內(nèi)加蒸氣的方法，控制反應(yīng)濕度為110℃，由稀硫酸選擇性地將鈦鐵礦中的鐵溶解出來，與不溶于稀酸的固相二氧化鈦分離，并控制陽極區(qū)的PH值為2，使溶解出來的二價(jià)鐵離子全部氧化成三價(jià)鐵離子，實(shí)現(xiàn)氧化鐵的一步氧化法。分反應(yīng)式為分離氧化；鐵離子氧化完成后，進(jìn)行固液分離，分離后的母液送到電解滲析槽的陰極區(qū)，控制PH為3，并加入Fe2O3晶種，使鐵離子水解沉淀，生成固相氧化鈦(Fe2O3)沉淀。反應(yīng)式為水解沉淀當(dāng)陰極區(qū)硫酸根離子減少到排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，進(jìn)行脫水過濾，得到氧化鐵(Fe2O3)濾餅，將該濾餅經(jīng)冼滌、105℃下干燥后粉碎至～325目，即得到非顏料用氧化鐵紅(Fe2O3)。
陽極區(qū)固液分離出來的固相物(TiO2)經(jīng)水洗后，進(jìn)行磁選，將磁選出的殘留鈦鐵礦返回陽極區(qū)繼續(xù)進(jìn)行酸解，對磁選分離出的高酸溶性二氧化鈦非磁性料，加入94％的硫酸進(jìn)行酸溶處理，再進(jìn)行水解、固液分離，反應(yīng)式為酸溶水解將分離得的硫酸送到陽極區(qū)循環(huán)使用，分離得的固相(H2TiO3)經(jīng)常規(guī)水洗漂白、鹽處理、900℃煅燒、研磨至～200目，表面處理工藝，制得顏料用二氧化鈦。此法不再需要傳統(tǒng)的冷凍分離硫酸亞鐵工序例2采用18％硫酸作為分離介質(zhì)，按1∶4礦酸此加入鈦鐵礦，反應(yīng)溫度控制在100℃，控制陽極區(qū)的PH值為1，在鐵離子氧化完成前的其它工藝方法同例1。
鐵離子氧化完成后，進(jìn)行固液分離，分離的后的母液送到電解滲析槽的陰區(qū)，控制陰極電位為4伏，使母液中的鐵離子還原成金屬鐵，由陰極析出，再經(jīng)常規(guī)工藝，在700℃進(jìn)行氫還原后進(jìn)行粉碎，制得純鐵粉。
陽極區(qū)分離出來的固相物經(jīng)水洗后，進(jìn)行磁選，將磁選出的殘留鈦鐵礦返回陽極區(qū)繼續(xù)進(jìn)行酸解，對磁選出的高酸溶性二氧化鈦非磁性料，經(jīng)常規(guī)干燥(105℃進(jìn)行)及粉碎(至～200目)工藝，制得非原料用二氧化鈦。再經(jīng)常規(guī)工藝，加入晶型轉(zhuǎn)換劑(ZnO)并在900℃煅燒，制得人造金紅石。
例3分離介質(zhì)為24％的鹽酸，其余工藝方法與例1一樣，反應(yīng)式為陽極區(qū)分離氧化陰極區(qū)水解沉淀加鹽酸制顏料用二氧化鈦時(shí)反應(yīng)式為酸溶水解例4分離介質(zhì)為18％的鹽酸，其余工藝方法與例2相同。反應(yīng)式為陽極區(qū)分離氧化陰極區(qū)水解沉淀例5分離介質(zhì)為20％的硫酸，按1∶5的礦酸比加入鈦鐵礦，反應(yīng)溫度控制在105℃，控制陽極區(qū)的PH值為1，其余工藝與例1相同?？刂脐帢O區(qū)PH值為2并加入FeOOH晶種，在得到氧化鐵(F2O3·nH2O)濾餅后，再按常規(guī)工藝進(jìn)行洗滌、鹽處理、105℃下干燥、研磨至～325目、表面處理工藝，制得顏料用氧化鐵(F2O3·nH2O)。
例6分離介質(zhì)為20％的硫酸，按1∶5的礦酸比加入鈦鐵礦，反應(yīng)溫度控制在105℃，控制陽極區(qū)PH值為1.5，其余工藝與例1相同。控制陰極區(qū)PH值為2.5并加入Fe(OH)3晶種，在得到氧化鐵(Fe3O4)濾餅后，再按常規(guī)工藝進(jìn)行洗滌、鹽處理、105℃下干燥、研磨至～325目、表面處理工藝，制得顏料用氧化鐵(Fe3O4)。
本發(fā)明由于采用電解滲析分離法對鈦鐵礦進(jìn)行鐵、鈦分離處理，可在電解槽內(nèi)同時(shí)完成鈦鐵礦的鐵鈦分離，氧化鐵的生成或鐵的還原提純，以及酸的循環(huán)使用，二價(jià)鐵離子在電化學(xué)氧化作用下，可一步氧化生成氧化鐵在生產(chǎn)二氧化鈦的同時(shí)可生產(chǎn)氧化鐵，因而具有綜合效益好，生產(chǎn)成本低、不造成環(huán)境污染、生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量高、生產(chǎn)氧化鐵不受廢鐵皮資源限制等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種鈦鐵礦電解滲析分離法，其特征在于用電解滲析法分離鈦鐵礦，在用陰離子交換隔膜分為陽極區(qū)和陰極區(qū)，以稀硫酸或稀鹽酸作為分離介質(zhì)的電解滲析槽中，利用陽極區(qū)的氧化作用、陰極區(qū)的還原作用和陰離子交換隔膜的滲析作用，同時(shí)完成鈦鐵礦的鐵鈦分離，氧化鐵的生成或鐵的還原提純，以及酸的循環(huán)使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦鐵礦電解滲析分離法，其特征在于電解滲析槽的陽極區(qū)為酸解區(qū)，陰極區(qū)為水解區(qū)，首先在電解滲析槽的陽極區(qū)進(jìn)行鈦鐵礦的鐵、鈦分離，經(jīng)電化學(xué)氧化作用，由稀硫酸或希鹽酸選擇性地將鈦鐵礦中的鐵溶解出來，與不溶于稀酸的固相二氧化鈦分離，控制陽極區(qū)的PH值為1～2，使溶解出來的二價(jià)鐵離子全部氧化成三價(jià)鐵離子；鐵離子氧化完成后，進(jìn)行固液分離過濾，分離后的母液送到電解滲析槽的陰極區(qū)，控制陰極區(qū)PH值為2～3，并加入普通氧化鐵晶種，使鐵離子水解沉淀成固相氧化鐵，當(dāng)陰極區(qū)中硫酸根或鹽酸根離子在電場作用下通過陰離子交換膜返回陽極區(qū)，使陰極區(qū)硫酸根或鹽酸根離子減少到排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，進(jìn)行過濾脫水，得到氧化鐵濾餅，該濾餅再經(jīng)洗滌、干燥、粉碎等常規(guī)工藝即可生產(chǎn)非顏料用氧化鐵；或通過控制陰極電位大于鐵的析出電位，使陰極區(qū)中母液中鐵離子直接還原成金屬鐵，由陰極析出，再經(jīng)常規(guī)氫還原及粉碎工藝，生產(chǎn)純鐵粉；陽極區(qū)固液分離出來的固相物經(jīng)水洗后，進(jìn)行磁選，將磁選出的殘留鈦鐵礦返回陽極區(qū)繼續(xù)進(jìn)行酸解；對經(jīng)磁選分離出的高酸溶性二氧化鈦非磁性料，加入94％的硫酸或28％的鹽酸進(jìn)行酸溶，再進(jìn)行水解、固液分離、將分離得的稀酸送至陽極區(qū)循環(huán)使用，分離得的固相經(jīng)常規(guī)水洗漂白、鹽處理、煅燒、研磨、表面處理工藝，生產(chǎn)顏料用二氧化鈦；或?qū)⒃摱趸伔谴判粤辖?jīng)常規(guī)干燥及粉碎工藝，生產(chǎn)非顏料用二氧化鈦。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鈦鐵礦電解滲析分離法，其特征在于稀硫酸或鹽酸的濃度為18～24％，陽極區(qū)進(jìn)行反應(yīng)的鈦鐵礦與酸的質(zhì)量比為1∶4～6，反應(yīng)溫度為100～110℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鈦鐵礦電解滲析分離法，其特征在于從陰極區(qū)過濾脫水的氧化鐵濾餅還可經(jīng)洗滌、鹽處理、研磨、表面處理的常規(guī)工藝，生產(chǎn)顏料用氧化鐵；非顏料用二氧化鈦可經(jīng)常規(guī)工藝進(jìn)一步煅燒，生產(chǎn)人造金紅石。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈦鐵礦電解滲析分離法，其特征在于從陰極區(qū)過濾脫水的氧化鐵濾餅還可經(jīng)洗滌、鹽處理、研磨、表面處理的常規(guī)工藝，生產(chǎn)顏料用氧化鐵；非顏料用二氧化鈦可經(jīng)常規(guī)工藝進(jìn)一步煅燒，生產(chǎn)人造金紅石。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鈦鐵礦電解滲析分離法，其特征在于陽極區(qū)還可加入水合二氧化鈦晶種，使少量溶于稀酸中的二氧化鈦沉淀為固相。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈦鐵礦電解滲析分離法，其特征在于陽極區(qū)還可加入水合二氧化鈦晶種，使少量溶于稀酸中的二氧化鈦沉淀為固相。
3.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鈦鐵礦電解滲析分離法，其特征在于陽極區(qū)還可加入水合二氧化鈦晶種，使少量溶于稀酸中的二氧化鈦沉淀為固相。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鈦鐵礦電解滲析分離法,屬濕法生產(chǎn)二氧化鈦和氧化鐵技術(shù)領(lǐng)域。用帶陰離子交換隔膜的電解滲析槽,以稀酸為分離介質(zhì),在陽極區(qū)對鈦鐵礦進(jìn)行電浸出,選擇浸出鐵離子,實(shí)現(xiàn)鐵鈦分離;在陰極區(qū)進(jìn)行鐵與母液的分離及酸的回收。鐵離子在電場力作用下,經(jīng)陰離子交換隔膜返回陽極區(qū)循環(huán)使用,可同時(shí)生產(chǎn)氧化鈦和氧化鐵或純鐵粉,具有綜合效益好、無污染、產(chǎn)品質(zhì)量高、氧化鐵生產(chǎn)原料不受限制等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C22B3/22GK1178251SQ9711720
公開日1998年4月8日 申請日期1997年8月8日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月8日
發(fā)明者楊道光 申請人:楊道光