硫酸法二氧化钛生产中萃取分离钛铁的研究进展GPS

硫酸法二氧化钛生产中萃取分离钛、铁的研究进展

硫酸法二氧化钛生产中萃取分离钛、铁的研究进展

王　菊 , 杨东洁 , 伏宏彬

( 成都纺织高等专科学校染化系 , 成都 611731)

摘　要 : 介绍了溶剂萃取技术在萃取分离硫酸介质中的钛、铁方面的应用。针对该技术在硫酸法二氧化钛生产中的应用 , 指出了今后的研究重点与方向。

关键词 : 溶剂萃取 ; 硫酸法二氧化钛生产 ; 钛、铁分离

0 　引　言

二氧化钛是一种最重要的白色颜料 , 广泛用于涂料、塑料、造纸、化学纤维等领域 [ 1 ] okmart.com。二氧化钛的工业生产方法有硫酸法和氯化法两类。氯化法采用 TiO 2 含量 90% 以上的高钛渣或人造 / 天然金红石为原料 , 原料要求苛刻 , 技术难度大 , 工艺复杂。我国二氧化钛的生产主要采用硫酸法 , 现今主要以钛铁矿为原料 , 生产过程中钛铁的分离效果是影响二氧化钛颜料性能的重要因素。目前钛液的净化主要采用冷冻结晶的方法分离除掉硫酸亚铁 , 净化后的精钛液水解得到偏钛酸 , 偏钛酸经水洗、煅烧后制得二氧化钛。在此过程中要产生大量的废酸和酸性废水 , 对环境污染极其严重 [ 1 - 3 ] 。目前 , 溶剂萃取技术在稀有金属化合物的分离提纯领域获得了广泛应用。采用该方法能够获得较一般分离方法纯度更高的稀有金属化合物 [ 4 ] 。已有多位研究者采用溶剂萃取的方法分离硫酸介质中的钛、铁。将该方法应用于硫酸法二氧化钛生产中 , 无论是对精钛液的进一步净化 , 还是对废酸的回收利用都有重要的意义。综述了近年来国内外用于硫酸介质中钛、铁分离的萃取剂的性能 , 并提出了今后的研究重点与方向。

1 　硫酸介质中钛的萃取

1 . 1 　酸性磷型萃取剂

二 (2 - 乙基己基 ) 磷酸 ( 简称 D2EHPA) 是应用最广泛的酸性磷型萃取剂。 Islam F, 等 [ 5 ] 的研究表明 , 在钛铁矿的硫酸浸出液中 , 采用 D2EHPA 作萃取剂提取钛 , 体系的最佳 pH 值为 0 . 9 。负载于有机相中的钛可与碳酸钠溶液作用以 TiO 2 的形式沉淀出来。但钛的回收率仅有 40% 左右 , 且铁容易发生共萃 , 钛铁分离效果较差。

1 . 2 　中性磷型萃取剂

三正辛基氧膦 ( 简称 TOPO) 是研究最为广泛的可从硫酸介质中萃取钛的中性磷型萃取剂。有文献报道在酸性的 TOPO 体系中 , 高价的金属氧化物更容易被萃取。在硫酸介质中用 TOPO 萃取 Ti 4 + 生成 TiOSO 4 · 2TOPO, 随着硫酸浓度的增大 , 分配比增大。但当硫酸浓度增加到 8 mol /L 时会有第三相生成。另外 , 随着硫酸浓度增大 , 与钛发生共萃的硫酸的量也会增多 [ 6 - 7 ] 。 Kathryn C Sole, 等 [ 8 - 10 ] 采用 TOPO 提取钛磁铁矿的硫酸浸出液中的钛。该浸出液中含有 5 g /L 的钛、 1 g /L 的矾、 55 g /L 的铁和 75 g /L 的硫酸。用 TOPO 以煤油作为稀释剂 ( TOPO 的体积分数为 10% ) , 通过单级萃取 , 钛的萃取率可达 60% 。该萃取剂对矾有较好的选择性 , 但铁和钛容易发生共萃 , 有机相中铁的浓度达 1 . 2 g /L 。研究表明 , 连续的逆流接触式萃取能将钛的萃取率提高到 80% 以上 , 最多有 11% 的铁和 1% 的矾与钛发生共萃。负载于有机相中的钛可用 100 g /L 的硫酸溶液反萃 , 钛的反萃率约为 60% 。但有机相中大部分的铁也会被硫酸反萃。另外萃取和反萃的速度都较慢 , 需要 15 ～ 20 min 才能达到平衡 , 而且中性磷型萃取剂价格较贵。这是制约 TOPO 广泛应用的重要因素。

1 . 3 　伯胺萃取剂 N1923

张贵清 , 等 [ 11 - 12 ] 研究了用国产常用伯胺萃取剂 N1923 萃取回收二氧化钛水解废酸中的钛。试验考察了极性改善剂 , 萃取剂浓度、相比、震荡平衡时间等因素对钛萃取的影响。试验结果表明 : 伯胺萃取剂 N1923 具有良好的萃钛性能和钛铁分离性能 , 经三级逆流萃取 , 钛的萃取率可达 97 % 以上 , 而 Fe( Ⅱ ) 的萃取率小于 0 . 5% , 且 N1923 萃钛的平衡速度快 , 3 min 内即可达到萃取平衡。负载于有机相中的钛可用以硫酸和双氧水的混合溶液为反萃剂的络合反萃方法进行反萃取。经五级逆流反萃取 , 钛的反萃率可达 90% 以上 , 回收的反萃液 TiO 2 浓度达 38 g /L 以上 , 反萃液可进一步处理回收或返回到二氧化钛生产主流程中使用。该研究对二氧化钛水解废酸的无害化处理和其中有价资源的回收提供了一条切实可行的途径。

2 　硫酸介质中铁的萃取

可用于从溶液中萃取除铁的萃取剂包括胺类、酸性磷 ( 膦 ) 类、羧酸类等萃取剂 , 其中胺类和酸性磷 ( 膦 ) 类是硫酸盐体系中萃取除铁的主要萃取剂。胺类萃取剂的萃铁能力与其结构有关 , 其中伯胺的萃铁能力最强 , 仲胺次之 , 叔胺最弱 , 但叔胺载铁有机相的反萃最容易。常用的酸性磷 ( 膦 ) 类萃取剂有二 (2 - 乙基己基 ) 磷酸 (P204) 、 2 - 乙基己基磷酸单 2 - 乙基己基酯 (P507) 、二 (2, 4, 4 - 三甲基戊基 ) 膦酸 (Cyanex 272) 和磷酸 - 烷基酯 ( P538) 等 , 它们对铁的萃取效果较好 , 但选择性较差。羧酸类萃取剂能有效地从弱酸性溶液中萃取铁 , 但它们在水溶液中的溶解损失较大 , 不能满足工业生产的要求。在用上述几类萃取剂从硫酸盐体系萃取除铁时 , 都存在一个共同的问题 , 即萃入有机相中的 Fe ( Ⅲ ) 的反萃十分困难 [13 ] 。已有多位研究者采用协萃体系有效地解决了铁的反萃难的问题。陈家镛 , 等 [ 14 - 15 ] 在这方面作了大量的工作 , 为工业上使用萃取法除铁奠定了基础。刘铭 , 等 [ 13 ] 采用 N235 -2TBP 协同萃取体系从硫酸盐溶液中萃取除铁也取得了较好的效果。但上述研究仅用于铜、锌、镍、钴、铝等的湿法冶金中 , 还未见将协萃体系用于钛铁矿的硫酸浸出液或水解废酸中钛铁分离的研究报道。

3 　结　语

溶剂萃取技术具有选择性高、分离效果好和适应性强等特点。另外 , 溶剂萃取通常在常温或较低温度下进行 , 能耗低 , 易于实现大规模连续化生产 [ 16 ] 。如果能将溶剂萃取技术用于硫酸法二氧化钛生产中 , 在精钛液水解前萃取分离掉大量的铁离子 , 就能大大缩短偏钛酸水洗的周期及减少水的用量 , 从而减少废酸的排放量。另外将溶剂萃取技术用于水解废酸的处理和对其中有价资源的回收也很有现实意义。采用溶剂萃取技术提取钛铁矿的硫酸浸出液或水解废酸中的钛的研究已取得了一定的进展。但要实现工业化应用 , 萃取剂的优化、萃取及反萃的工艺流程仍然是今后的研究重点。利用协萃体系从硫酸介质中萃取铁的研究报道很多 , 但还未见将其应用于钛铁分离方面的报道 , 因此可尝试将协萃体系用于粗钛液中铁的萃取分离。另外 , 也可考虑利用协萃体系从硫酸介质中萃取钛。

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