本發(fā)明涉及一種鈦白粉生產(chǎn)工藝，尤其是一種硫酸法鈦白粉生產(chǎn)工藝。
背景技術：
二氧化鈦是一種重要的無機化工原料，無毒、對健康無害，是最重要的白色顏料，占全部白色顏料使用量的80%，廣泛應用于涂料、塑料、造紙、印刷油墨、化纖、橡膠、化妝品、食品等行業(yè)。我國目前鈦白粉生產(chǎn)總量已達180萬噸，鈦白粉生產(chǎn)工藝主要有硫酸法和氯化法兩種，我國生產(chǎn)工藝以硫酸法為主。其典型生產(chǎn)工藝流程可概括如下：
（1）用鈦精礦或酸溶性鈦渣與硫酸進行酸解反應，得到硫酸氧鈦溶液；
（2）水解硫酸氧鈦溶液得到粗偏鈦酸漿料；
（3）對粗偏鈦酸漿料進行水洗、鹽處理，得預處理偏鈦酸；
（4）預處理偏鈦酸送入轉窯煅燒產(chǎn)出TiO2產(chǎn)品。
其中，對粗偏鈦酸漿料進行水洗的工藝具體為：
（1）一次水洗：對粗偏鈦酸漿料進行固液分離，得到一次濾餅；對一次濾餅進行水洗以去除其中鐵離子，得到一洗偏鈦酸餅；一洗偏鈦酸餅加水打漿，得到一洗偏鈦酸漿料；
（2）漂白還原：往一洗偏鈦酸漿料中加入漂白劑和還原劑進行漂白，并加入煅燒晶種，得到漂白漿料；
（3）二次水洗：對漂白漿料進行固液分離，得到二次濾餅；對二次濾餅進行水洗以進一步去除其中鐵離子，得到二洗偏鈦酸餅；二洗偏鈦酸餅加水打漿，得到二洗偏鈦酸漿料。
在硫酸法鈦白粉生產(chǎn)過程中，一次水洗后的偏鈦酸中的鐵雜質隨著水洗時間的延長、酸度降低，逐漸被氧化，以固體高鐵的形式存在，通過水洗已經(jīng)無法進行去除，折算成Fe/TiO2的比例在500～1000 ppm左右。偏鈦酸中的痕量鐵經(jīng)過高溫煅燒后，生成紅色的三氧化二鐵，混入金紅石晶格，引起晶格變形，產(chǎn)生晶格缺陷，形成發(fā)色活性點，使得產(chǎn)品白度和消色力下降，影響到鈦白粉的光學性質，使產(chǎn)品金紅石鈦白粉呈現(xiàn)黃色。因此生產(chǎn)金紅石鈦白粉時，必須對一次水洗偏鈦酸進行漂白還原后，再通過二次水洗去除夾雜在偏鈦酸中的雜質鐵。目前通用的方法是采用硫酸進行漂白，然后采用三價鈦試劑進行還原，二次水洗后可使Fe/TiO2降低至0～30ppm，得到成品鈦白粉的白度顯著的提高。
用于還原的三價鈦試劑通常為三價鈦溶液，其生產(chǎn)方法為：采用經(jīng)一次水洗后偏鈦酸制備，在三價鈦制備罐內加入一洗偏鈦酸、硫酸，加熱酸溶后用鋁粉還原，保溫、冷卻后存放待用，然后使用鋁粉將四價鈦還原成三價鈦。該過程中偏鈦酸的溶解需要約140～150℃的溫度，噸三價鈦（以TiO2計）的硫酸消耗約4～6噸。該制備工藝存在主要問題是：1、高酸度，高溫度的反應條件使得設備腐蝕及故障嚴重，設備維護困難，維護費用高；2、由于三價鈦使用后直接進入污水中和，因此造成鈦的損失及收率的降低；3、三價鈦制備過程中消耗大量的硫酸，且使用終端必須進行中和，因此生產(chǎn)成本極高；4、偏鈦酸溶解需要極高溫度，生產(chǎn)過程中完全采用蒸汽加熱，能耗極高。
硫酸法金紅石型鈦白粉生產(chǎn)過程中通常需加入煅燒晶種改善煅燒質量，提高金紅石粗品的顏料性能，煅燒晶種通常在漂白還原步驟中與漂白劑和還原劑一同加入系統(tǒng)中。典型的煅燒晶種制備工藝可概括如下：
（1）堿溶，偏鈦酸與氫氧化鈉混合發(fā)生堿溶，得到堿溶漿料；
（2）水洗，洗滌堿溶漿料，得到水洗餅和堿溶洗滌液；
（3）中和，中和水洗餅得正鈦酸；
（4）酸溶，正鈦酸與鹽酸混合發(fā)生酸溶，稀釋后得到煅燒晶種漿料；
為了降低三價鈦試劑的生產(chǎn)成本，公開號為CN102616836A的專利文件公開了一種三價鈦溶液的制備方法。其是將上述煅燒晶種制備過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物堿溶洗滌液濃縮成稠漿后，與硫酸混合加熱，最后再加入還原劑，從而制得三價鈦溶液。該方法實現(xiàn)了副產(chǎn)物堿溶洗滌液的回收利用，但是該方法制備三價鈦溶液的原料實際上還是偏鈦酸，仍然需要加入大量硫酸在高溫下使偏鈦酸酸溶，成本較高。
公開號為CN103708538A的專利文件提出了進一步的解決方案，該方法將硫酸與鈦液（硫酸氧鈦、硫酸、硫酸鈦的混合溶液）混合加熱后再加入還原劑，制得三價鈦溶液。該方法無需在高溫環(huán)境下進行，克服了上述方法的缺陷；但該方法仍然需要加入大量硫酸用于調節(jié)鈦液的酸鈦比，生產(chǎn)成本仍然較高。
技術實現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有技術中三價鈦試劑的制備存在的以上問題，本發(fā)明提供了一種三價鈦試劑的制備方法。
本發(fā)明所采用的技術方案是：三價鈦試劑的制備方法，包括以下步驟：
向煅燒晶種漿料中加入計量的還原性金屬粉，充分混合后保溫熟化，得到三價鈦試劑。
在煅燒晶種漿料的制備過程中，偏鈦酸的堿溶初期，由于高堿度，高溫度，部分偏鈦酸分子鏈發(fā)生劇烈斷裂得到單分子正鈦酸，在酸溶工序中，正鈦酸和鹽酸反應得到四價鈦溶液，發(fā)明人在日常生產(chǎn)中測得：通常煅燒晶種漿料中的四價鈦的濃度在5g/l左右，該四價鈦溶液難以回收利用。
同時由于煅燒晶種漿料中存在游離態(tài)的鹽酸（鹽酸濃度約50g/l），鹽酸對于還原性金屬具有更高的活化性能，使得采用還原性金屬粉對煅燒晶種料漿中的四價鈦還原具有更高的效率，因此能促使煅燒晶種漿料中的四價鈦在較低溫度下被直接還原成三價鈦，而無需再加入硫酸，也無需高溫條件。
本發(fā)明最終得到的三價鈦試劑實際上是含有三價鈦溶液的煅燒晶種漿料，由于在漂白還原步驟中，加入三價鈦溶液和硫酸的同時還需要加入煅燒晶種，因此無需再將三價鈦溶液分離出來，該試劑便可直接用于漂白還原工序，發(fā)明人經(jīng)實驗測得，將該含三價鈦溶液的煅燒晶種料漿直接隨煅燒晶種加入到漂白還原過程中，依然具有很好的漂白還原效果。
作為本發(fā)明的進一步改進，所述還原性金屬粉為鋁粉或還原鐵粉。還原鐵粉主要成分為結構疏松的單質鐵，由于還原鐵粉本身已為粉末狀，再加之其微觀結構又十分疏松，故其表面積極大，可作為本發(fā)明的還原劑使用。鋁粉具有很強的還原性，其還原性強于鐵，為本發(fā)明的優(yōu)選還原劑。更佳的，所述鋁粉的加入量與煅燒晶種漿料中的可溶性二氧化鈦的質量比mAl：mTiO2=0.11～0.15，以保證煅燒晶種漿料中的四價鈦能被充分還原為三價鈦。
作為本發(fā)明的進一步改進，所述保溫熟化溫度為60℃以上，以保證還原反應維持較快的反應速率。更佳的，所述保溫熟化時間為60～120min，以保證還原性金屬粉與四價鈦反應充分。
本發(fā)明的有益效果是：1）提供了一種三價鈦試劑的制備方法，該方法無需高溫反應條件，也無需額外添加硫酸，工藝簡單，生產(chǎn)成本大大降低；2）實現(xiàn)了煅燒晶種漿料中四價鈦溶液的回收利用。
具體實施方式
下面結合實施例對本發(fā)明進一步說明。
實施例一：
（1）三價鈦試劑的制備
取煅燒晶種漿料1000ml，維持漿料溫度在60℃，測得漿料中可溶性四價鈦的濃度為5.5g/l，在充分攪拌情況下加入0.605g鋁粉，繼續(xù)恒溫90min，得到含三價鈦的煅燒晶種漿料（即本發(fā)明的三價鈦試劑），測得漿料中三價鈦濃度為5.4g/l。
（2）漂白實驗
取1000ml待漂白一洗偏鈦酸漿料（其中TiO2=302g/l），加入15.4g上述三價鈦試劑和70g濃度為98%的濃硫酸，恒溫65℃，攪拌90min后，檢測得溶液中的三價鈦含量為0.2g/l；
漂白料漿經(jīng)二次水洗，洗滌過程及結果無異常。對所得二洗偏鈦酸漿料進行檢測，測得其干基中Fe/TiO2=18ppm。
實施例二：
（1）三價鈦試劑的制備
取煅燒晶種漿料1000ml，維持漿料溫度在70℃，測得漿料中可溶性四價鈦的濃度為5.5g/l，在充分攪拌情況下加入1.50g還原鐵粉，繼續(xù)恒溫90min，得到含三價鈦的煅燒晶種漿料（即本發(fā)明的三價鈦試劑），測得漿料中三價鈦濃度為5.4g/l。
（2）漂白實驗
取1000ml待漂白一洗偏鈦酸漿料（其中TiO2=302g/l），加入15.4g上述三價鈦試劑和70g濃度為98%的濃硫酸，恒溫65℃，攪拌90min后，檢測得溶液中的三價鈦含量為0.2g/l；
漂白料漿經(jīng)二次水洗，洗滌過程及結果無異常。對所得二洗偏鈦酸漿料進行檢測，測得其干基中Fe/TiO2=17ppm。
對比例三：
取1000ml待漂白一洗偏鈦酸漿料（其中TiO2=302g/l），加入15.1g煅燒晶種（TiO2濃度110g/l），70g濃度為98%的濃硫酸以及0.25g（以二氧化鈦計）三價鈦溶液。恒溫65℃，攪拌90min后，檢測得溶液中的三價鈦含量為0.21g/l；
漂白料漿經(jīng)二次水洗，洗滌過程及結果無異常。對所得二洗偏鈦酸漿料進行檢測，測得其干基中Fe/TiO2=15ppm。