金红石、钛铁矿(钛白粉)演示教学

金红石钛白工艺流程简图如下：钛铁矿钛铁矿粉碎酸解沉降及泥浆处理亚铁分离结晶水解一次水洗漂白表面处理中粉煅烧盐处理干燥汽流粉碎工艺流程说明：1. 钛铁矿粉碎拆包后的散装钛铁矿由自卸车运至原矿库，经铲车加料至斗式提升机，再经链式输送机送入磨前贮斗。

经电子秤称重量后加入磨机，磨后料由循环风机送至分级机进行粗细分选，细度不合格的物料经返料链运机返回磨机重磨。

细度合格矿粉随风进入旋风分离矿粉后进入循环风机，一部分热风回到磨前与热风炉供给的热风一起进磨供研磨与干燥，并把磨后物料带出磨机，一部分热风回到磨后作为输送的分级所需风量的补充。

多余的含尘气体经布袋收尘器净化后由风机排空。

旋风和布袋收尘器的矿粉由链式输送机集中送入矿粉贮斗转由斗式提升机、链式输送机送至酸解的计量贮斗待用，或送入矿粉的缓冲贮仓贮存。

2.酸解-泥浆处理：由硫酸装置送来的95%（或91%）硫酸进入本工序设置的硫酸贮槽经计量加入到预混合槽，与来自原矿粉碎工段经计量后的钛精矿在预混合槽经搅拌充分混合，混合均匀后经分配器放入选定的酸解罐中。

用蒸汽加热引发酸解反应。

酸解反应使钛铁矿中的大部分金属氧化物与硫酸发生反应，其中钛以硫酸氧钛的形式作为分解产物。

酸解反应为放热反应，反应放出的热量使酸解罐中的物料温度迅速升高至180℃～200℃左右，温度的升高加速了酸解反应的进行。

酸解主反应完成后熟化一定时间，通过仪表计量加水浸取，浸取一段时间调整钛液中的三价钛离子含量及F值。

浸取完成后的钛液用泵送到沉降工序。

酸解反应产生的酸解尾气中含有大量的水蒸气及微量的矿粉尘、二氧化硫、三氧化硫、硫酸雾等污染物质。

通过管道将酸解尾气引至酸解罐主烟囱中，将水池中的碱性水通过水泵喷射进入酸解罐主烟囱，洗涤除去酸解尾气中的矿粉尘及二氧化硫等污染物质，并将酸解尾气冷却至50℃左右，洗涤后的酸解尾气通过酸解罐烟囱40米高点达标排放。

洗涤废水设冷却塔循环使用，并用其中一部分输送酸解泥渣至污水处理场，分离部分未反应矿粉后进入污水处理场同其它酸性废水一并中和处理。

工业生产分为硫酸法和氯化法。

硫酸法工艺繁杂:主要过程如下:【1】一般使用金红石矿TiO2进行纯化，第一步溶解生成钛氧硫酸盐:TiO2+H2SO4【浓度较高硫酸并且加热】=TiOSO4+H2O也有钛铁矿类似:2FeTiO3+6H2SO4(浓热)=Fe2(SO4)3+SO2↑+TiOSO4+6H2O【2】加水稀释，水解沉淀产生纯化的钛酸:TiOSO4+2H2O=H2TiO3↓+H2SO4【3】高温分解得到钛白粉:H2TiO3=高温=H2O+TiO2钛白粉的生产方法有硫酸法和氯化法两种。

硫酸法是将钛铁矿经浓硫酸酸解成块状固相物，用酸性水浸取后得到钛液，经沉降除杂质、冷冻分离副产硫酸亚铁后，加晶种使硫酸氧钛分解生成偏钛酸。

经水洗达标后煅烧、粉碎而制得钛白粉。

反应方程式：H2SO4 + TiO2→TiOSO4 + H2OTi(SO4)2 + H2O→TiOSO4 + H2SO4TiOSO4 + H2O→H2TiO3↓+ H2SO4H2TiO3·SO3→TiO2+H2O+SO3↑操作方法如下。

硫酸法。

在圆锥形内衬两层瓷砖的酸解槽内。

按矿酸比1:1.5～1:1.7的比例（质量比，硫酸以100%计），使预调至工艺浓度为88%～90%硫酸与预粉碎至325目并掺混0.2%氧化锑的干燥的钛铁矿粉进行酸解反应。

酸解反应须将反应物预热至90℃以上才能发生。

在压缩空气搅拌下，随反应的进行，反应热增加，温度渐升至180～200℃发生激烈反应。

之后生成多孔状固相酸解反应产物。

降温后于55～65℃条件下，在沉淀罐中进行浸取。

向所得浸取液加入絮凝剂，用沉降法分离浸取液内悬浮的未分离物和机械杂质，所得浸取液中主要含有硫酸钛盐，但也含有很多二价及三价硫酸铁盐。

用加入铁屑的办法使三价铁还原，再冷冻至3～5℃。

可用冷冻盐水制冷装置、也可用真空绝热蒸发制冷装置使硫酸亚铁结晶析出，过滤除去副产硫酸亚铁，纯净的钛液经真空蒸发浓缩至190～210g TiO2/L溶液，在搅拌下送入水解反应器，加入在晶种罐中预先特制的晶种进行水解生成水合二氧化钛（即俗称的偏钛酸）。

金红石型二氧化钛生产方法
金红石型二氧化钛是一种重要的钛白粉品种，具有良好的光学性能和稳定性，在涂料、塑料、橡胶、油墨等领域有广泛的应用。

下面是金红石型二氧化钛的生产方法的一般步骤：
1.原料准备：选择优质的钛矿石作为原料，常用的有金红石矿、金红石型钛矿石等。

钛矿石经过矿石选矿、破碎、粉碎等工艺处理后，得到适合生产的原料。

2.氧化焙烧：将经过粉碎处理的钛矿石原料进行氧化焙烧。

焙烧过程中，将钛矿石暴露在高温的氧气气氛中，使得钛矿石中的二氧化钛转化为金红石型晶体结构。

通常焙烧温度在800°C到1000°C之间。

3.粉体制备：将焙烧后的钛矿石进行粉碎，得到细颗粒的二氧化钛粉末。

此过程中需要控制粉碎颗粒的大小和分布。

4.表面处理：对得到的二氧化钛粉末进行表面处理，以改善粉末的分散性和增强与基体材料的结合力。

常见的表面处理方法包括涂覆有机物、硅烷偶联剂处理等。

5.热处理：将经过表面处理的二氧化钛粉末进行热处理，使得其晶体结构更加稳定，并进一步改善其光学性能和分散性。

6.产品包装：对处理好的金红石型二氧化钛进行包装，通常采用防潮、防尘的包装方式，以保证产品质量。

需要注意的是，金红石型二氧化钛的生产过程中需要严格控制各个工艺参数，以确保产品的品质稳定性和性能要求。

此外，生产过程中应注意环境保护和安全生产，减少对环境的污染和对人体健康的影响。

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第5章钛白粉5.1钛白粉的性质、种类和用途5.1.1 钛白粉简介钛白粉学名为二氧化钛，分子式为TiO2，相对分子质量79.90，属于惰性颜料，被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，因同分异构体的不同决定了产品的晶型不同，二氧化钛有锐钛型、板钛型和金红石型三种晶型，不同的晶型有着不同的物理和化学性能。

其中有工业利用价值的是锐钛型和金红石型。

板钛型是不稳定的晶型，无工业利用价值，锐钛型(Anatase)简称A型，和金红石型(Rutile)简称R型，都具有稳定的晶格，是重要的白色颜料和瓷器釉料，与其他白色颜料比较有优越的白度、着色力、遮盖力、耐候性、耐热性和化学稳定性，特别是没有毒性。

5.1.2 二氧化钛的物理性质自然界存在三种结晶形态：金红石型、锐钛型和板钛型。

板钛型不稳定，尚没有工业用途。

金红石型和锐钛型都属于四方晶系，但因晶型不同，所以有不同的晶体习性。

金红石型是细长的成对的孪生晶体，每个金红石晶胞含有两个二氧化钛分子，以两个棱边相连。

而锐钛型则以八面体的形式出现，氧位于八面体的顶角，每个锐钛晶胞含有四个二氧化钛分子，以八个棱边相接。

图5-1 不同钛白晶型的晶胞图表5-1 二氧化钛的物理性质物性金红石型锐钛型结晶系四方晶系四方晶系相对密度 3.9~4.2 3.8~4.1折射率 2.76 2.55莫氏硬度6-7 5.5-6熔点(℃) 1858 高温时转变为金红石型晶格常数A轴0.458，c轴0.795 A轴0.378，c轴0.949 电导率（S/m）10-11~10-1210-11~10-12吸油度16～48 18～30着色强度1650~1900 1200~1300 颗粒大小(微米) 0.2~0.3 0.35.1.3 二氧化钛的化学性质二氧化钛的化学性质极为稳定，是一种偏酸性的两性氧化物，常温下几乎不与其他元素和化合物作用，对氧、氨、氮、硫化氢、二氧化碳、二氧化硫都不起作用。

也不溶于水、稀酸、脂肪酸和其他有机酸及弱无机酸，只微溶于氢氟酸，在长时间高温煮沸下才溶于浓硫酸，微溶于碱和热硝酸。