專利名稱：一種亞鐵離子雜質含量最大值的確定方法
技術領域：
本發(fā)明屬于水資源利用技術領域，涉及一種回用水中亞鐵離子雜質含量最大值的確定方法。
背景技術：
硫酸法鈦白粉生產工藝需消耗大量新鮮水，且環(huán)境污染嚴重，其生產過程中水洗和漂洗工藝是耗水量最大的環(huán)節(jié)之一。廢水回用是提高水的重復利用率最有效、最直接的途徑，并可以減少新鮮水用量。而回用水的水質將直接影響鈦白粉的產品質量，因此，回用水水質必須達到其用水要求方可再利用。鐵雜質是影響銳鈦型鈦白粉產品白度的關鍵因素之一，為保證銳鈦型鈦白粉產品的白度要求，其產品中!^e2O3含量最大值為0.009wt%。因為在硫酸法生產過程中鐵雜質以狗2+形式存在，在煅燒環(huán)節(jié)氧化生成狗203，因此必須嚴格控制工藝用水中狗2+的含量。目前，工業(yè)用水的水質標準有《城市污水再生利用-工業(yè)用水水質(GB/T19923-2005)》、《循環(huán)冷卻水再生水水質標準(HG/T3932-2007)》等，但尚缺乏鈦白粉行業(yè)的回用水水質標準，未見確定回用水水質標準的方法報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對現有技術的不足而提供一種確定硫酸法鈦白粉生產漂洗工藝回用水中亞鐵離子雜質含量最大值的方法。以其產品質量要求為依據，通過理論計算和實驗驗證，確定生產工藝回用水中亞鐵雜質含量的限值。為實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案在硫酸法鈦白粉生產工藝中，漂洗(二洗)工藝是影響鈦白粉產品質量的關鍵環(huán)節(jié)之一，而鐵雜質是影響產品白度的主要雜質之一。本發(fā)明選取漂洗工藝為研究對象，以漂白后的偏鈦酸為原料，根據漂洗偏鈦酸中二氧化鈦(TiO2)的理論含量值和影響鈦白粉產品白度的雜質氧化鐵限值(本發(fā)明中，限值指回用水中能允許的鐵雜質最大含量)。進行計算，得出亞鐵雜質含量的理論最大值。以該理論最大值為基值，配置不同雜質濃度的水，用 lg/L硫酸溶液調整工藝用水的pH值為1-2，進行漂洗實驗。采用等離子電感耦合發(fā)射光譜儀測定漂洗后偏鈦酸漿料中雜質含量，并與鈦白粉產品質量標準值進行比較，確定漂洗工藝回用水中亞鐵雜質含量的最大值。硫酸法鈦白粉生產工藝技術成熟，流程長，耗水量大。水洗后偏鈦酸中痕量鐵雜質是以固體氫氧化高鐵的形式存在，經煅燒后氧化鐵含量應不大于0. 009wt%，否則對銳鈦型鈦白粉白度色相就有十分明顯的影響。經漂洗工藝后，鐵離子濃度可以進一步降低，且同時除去偏鈦酸中吸附的鉻、銅、釩等有害雜質，使鈦白粉產品白度和光澤有顯著的提高，同時也保證了鈦白粉的光學性質。因此，本發(fā)明以漂洗工藝為主要研究對象?！N亞鐵離子雜質含量最大值的確定方法，包含以下步驟(1)根據銳鈦型鈦白粉產品質量要求中Fe52O3的含量，以漂洗工藝反應原料偏鈦酸漿料中TW2的理論濃度為基準值，根據公式計算出偏鈦酸中雜質1 2+的含量最大值，并將該最大值確定為回用水中狗2+雜質含量的理論最大值；(2)以步驟(1)中計算出的回用水中1 2+雜質含量的理論最大值為基準，配置一系列不同濃度含狗2+雜質的洗滌用水，并調節(jié)該洗滌用水的pH值為酸性，然后分別對漂白后的偏鈦酸漿料進行漂洗，測定漂洗濾液中狗2+含量，當!^2+含量值滿足水洗要求時的用水量為漂洗用水量，將漂洗后的偏鈦酸漿料煅燒，得到二氧化鈦粗產品，將其研磨粉碎；(3)測定步驟(2)中得到的二氧化鈦粗產品中雜質Fe52O3的含量；(4)將步驟C3)得到的二氧化鈦粗產品中!^e2O3含量與銳鈦型鈦白粉產品質量要求中I^e2O3的含量進行對比，確定!^e2O3雜質含量滿足產品質量要求時對應的二氧化鈦粗產品及其對應的洗滌用水中1 2+和洗滌用水體積；當洗滌水的用量和二氧化鈦粗產品中!^e2O3 含量均滿足產品要求時，對應的最大雜質濃度即為回用水中亞鐵離子的最大濃度。所述的步驟(1)中銳鈦型鈦白粉產品質量要求中!^e2O3的含量不超過0. 009wt%o所述的步驟(1)中，TW2的理論濃度為320 360g/L，該理論濃度來自《鈦白粉生產及應用計算》，化學工業(yè)出版社，陳朝華，劉長河著。所述的步驟⑴中的公式為Q = Μαγ，其中Ci-產品中某雜質離子的極限含量，M-反應原料的理論濃度，φ-產品質量標準中雜質的極限質量百分數，Y-雜質物質與雜質元素的折算系數，該系數通過雜質物質的分子式確定。所述的步驟O)中以!^2+雜質含量的理論最大值為基準，配置一系列不同濃度含狗2+雜質的洗滌用水。即以理論最大值為基值，選取1-3個大于該理論最大值的值和1-3個小于該理論最大值的值為實驗值配置洗滌用水。所述的步驟O)中用lg/L硫酸溶液調整該洗滌用水的pH值為1-2。所述的步驟O)中的漂洗溫度為15 30°C。所述的步驟⑵中煅燒時間為1 1. 5小時，溫度為600 800°C。所述的步驟( 中!^e2+含量值滿足的水洗要求為洗滌濾液中亞鐵離子含量不超過 20ppmo所述的步驟C3)中雜質的測量方法為將步驟( 中煅燒得到的二氧化鈦粗產品， 放入微波消解罐中，再加入總體積為7 13mL的氫氟酸和濃硝酸，將微波消解罐放入微波消解儀中，設定微波消解功率為lkW，消解時間25 30分鐘，消解溫度為180 200°C，進行微波消解，之后對消解液進行趕酸處理，并測定微波消解液中的鐵雜質含量，折算為二氧化鈦粗產品中!^e2O3的含量。其中，趕酸指通過對微波消解后的微波消解罐進行加熱來蒸發(fā)消解液中的酸。因為消解液中的酸對等離子電感耦合儀測定離子含量產生影響。本發(fā)明采用加熱板對消解罐加熱。所述的氫氟酸和濃硝酸的體積比為5 8-3 4。本發(fā)明的優(yōu)點在于(1)本發(fā)明提出了硫酸法鈦白粉生產漂洗工藝回用水中鐵雜質含量最大值的確定方法，填補了確定回用水水質指標方法的空白；(2)本發(fā)明為廢水回用提供理論指導和依據；(3)本發(fā)明為確定其他生產工藝回用水中雜質含量提供方法借鑒。CN 102419321 A
說明書
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圖1是漂洗工藝回用水中鐵含量極值的實驗流程圖；圖2是偏鈦酸漂洗工藝的實驗裝置。附圖標記1抽濾瓶，2偏鈦酸漿料，3橡皮管，4壓力表，5真空調節(jié)閥，6緩沖瓶，7真空泵。
具體實施例方式下面對本發(fā)明作進一步詳細說明實施例1確定影響產品質量的關鍵因素之一是狗2+。硫酸法鈦白粉生產是以鈦鐵礦或高鈦渣為原料，經過酸解、浸取、還原、沉降除渣、 鈦液凈化與濃縮、鈦液水解、偏鈦酸的分離與水洗、偏鈦酸的漂洗、鹽處理和煅燒等工藝生產鈦白粉產品。白度是鈦白粉產品質量的一個重要指標，而原料鈦鐵礦或高鈦渣的鐵含量較高，生產過程則要求去除狗2+，若產品中殘留過高的含鐵物質，產品會呈現黃色，不符合產品白度要求，因此，鐵雜質是影響鈦白粉產品白度的關鍵因素之一。需要控制工藝用水中鐵雜質的含量在一定限值內，以保證產品質量達到要求，成為研究的重點。確定影響產品質量的關鍵生產工藝之一是漂洗工藝。硫酸法鈦白粉生產工藝技術成熟，流程長，耗水量大。水洗后偏鈦酸中痕量鐵雜質是以固體氫氧化高鐵的形式存在，經煅燒后氧化鐵含量應不大于0. 009wt%，否則對銳鈦型鈦白粉白度色相就有十分明顯的影響。若經漂洗工藝后，鐵離子濃度可以進一步降低，且同時除去偏鈦酸中吸附的鉻、銅、釩等有害雜質，使鈦白粉產品白度和光澤有顯著的提高，同時也保證了鈦白粉的光學性質。因此，本發(fā)明以漂洗工藝為主要研究對象。(1)以產品質量標準為依據計算漂洗原料偏鈦酸中!^2+含量的理論最大值根據產品質量標準中鐵雜質的含量極值要求，以漂洗工藝反應原料偏鈦酸中TiO2 的理論濃度為基準值，計算偏鈦酸中鐵雜質的含量最大值，并確定為漂洗工藝用水中鐵雜質的含量最大值。按照公式(1)進行計算
C1 = Mipy ( l )式中Ci-產品中某雜質離子的極限含量，ppmM-反應原料的理論濃度，g/Lφ-產品質量標準中雜質的極限質量百分數，％γ -雜質物質與雜質元素的折算系數根據銳鈦型鈦白粉中!^e2O3含量要求不高于產品質量的0. 009wt%,漂洗原料偏鈦酸中TW2的理論濃度為320 360g/L，將!^e2O3的含量折算為!^2+的含量，Fe2+濃度的極限值計算如式⑵和⑶所示
6
520 >- Ο,ΟΟ1^ > "-τ^ΤΓ = Upp口
(2)
56 χ 2C^t = 3οΟ :·.. G-C'G9;y Χ—7—= I2-6Sppni根據式⑵和(3)計算可知，銳鈦型鈦白粉產品中可以允許殘留的鐵雜質濃度為 20. 16 22. 68ppm，為最大限度保證產品質量，取鐵雜質濃度的下限值，設定銳鈦型鈦白粉的漂洗工序洗滌用水中狗2+濃度最大值為20ppm。(2)配置不同濃度含!^2+離子雜質的工藝用水進行漂洗實驗。以步驟1得到的計算結果為依據，采用七水硫酸亞鐵和去離子水配置不同濃度 (Fe2+離子濃度分別為Oppm，IOppm, 15ppm, 20ppm, 25ppm)的工藝用水，向1 2+離子濃度不同的工藝用水中滴加濃度為lg/L的硫酸溶液，滴加硫酸的同時攪拌均勻，并采用pH計測定 PH值，當pH值達到2，停止滴加硫酸，所配置的工藝用水用于漂洗實驗。其中，Fe2+濃度為 Oppm的水為純凈水。量取IOmL漂洗工藝的原料偏鈦酸漿料至圖2所示的反應器中偏鈦酸漿料2處，開動真空泵7，調節(jié)真空調節(jié)閥5，使得壓力表4顯示的真空度為0. 060MPa,分別移取不同體積(20mL，25mL, 30mL, 35mL, 40mL, 50mL)的工藝用水，采用偏鈦酸漂洗工藝的抽濾裝置(如圖2所示)進行漂洗實驗，漂洗溫度為20-25°C，漂洗后的漿料放入馬弗爐中進行煅燒1小時，設定煅燒溫度為800°C。(3)測定漂洗產品二氧化鈦中Fe2+的含量將步驟2得到的煅燒產品二氧化鈦粗產品進行微波消解，測定其中的鐵雜質含
So將煅燒后的粗產品經過研磨磨碎、微波消解(消解時間25min)、趕酸，定容后待測。具體操作方法為用電子天平稱取0.050g粗產品至微波消解罐中，加入5mL氫氟酸和 SmL濃硝酸，放入微波消解儀進行消解，消解后對消解液體趕酸，之后將消解液移入IOOmL 容量瓶定容待測。微波消解條件設定見表1所示表 1
消解伩型、々&73p‘Q"I~~"“ 、am、ι升溫時間控制溫度
π 消解罐數目(個)步驟功率(W)控制方式、、
號(min) (°C)
「—π第一步斜坡升溫 10140~
Milestone_ _ 1000 ......
12第二步斜坡升溫 10200
ETHOS100%
第三步保持溫度 5200采用等離子電感耦合儀(ICP)測定消解液中鐵離子含量，折算成二氧化鈦粗產品中1 2+離子含量。結果表明，當配水中!^2+離子含量為10ppm，pH值為2時，洗滌用水體積為25mL，漂洗后漿料中!^e2O3含量為0. 0085wt%，符合銳鈦型鈦白粉產品白度的要求(Fe2O3 含量;^ 0. 009wt% )。(4)確定漂洗工藝用水中亞鐵雜質含量限值將步驟3取得的實驗數據與產品的質量要求對比，結合洗滌用水體積和洗滌水中雜質含量，確定滿足產品質量要求的硫酸法鈦白粉漂洗工藝回用水中亞鐵雜質含量的最大值為IOppmo
上述對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發(fā)明。 熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種亞鐵離子雜質含量最大值的確定方法，其特征在于包含以下步驟(1)根據銳鈦型鈦白粉產品質量要求中狗203的含量，以漂洗工藝反應原料偏鈦酸漿料中TiA的理論濃度為基準值，根據公式計算出偏鈦酸中雜質1 2+的含量最大值，并將該最大值確定為回用水中狗2+雜質含量的理論最大值；(2)以步驟(1)中計算出的回用水中!^2+雜質含量的理論最大值為基準，配置一系列不同濃度含1 2+雜質的洗滌用水，并調節(jié)該洗滌用水的pH值為酸性，然后分別對漂白后的偏鈦酸漿料進行漂洗，測定漂洗濾液中狗2+含量，當狗2+含量值滿足水洗要求時的用水量為漂洗用水量，將漂洗后的偏鈦酸漿料煅燒，得到二氧化鈦粗產品，將其研磨粉碎；(3)測定步驟O)中得到的二氧化鈦粗產品中雜質!^e2O3的含量；(4)將步驟C3)得到的二氧化鈦粗產品中!^e2O3含量與銳鈦型鈦白粉產品質量要求中 Fe2O3的含量進行對比，確定!^e2O3雜質含量滿足產品質量要求時對應的二氧化鈦粗產品及其對應的洗滌用水中1 2+和洗滌用水體積；當洗滌水的用量和二氧化鈦粗產品中!^e2O3含量均滿足產品要求時，對應的最大雜質濃度即為回用水中亞鐵離子的最大濃度。
2.根據權利要求1所述的確定方法，其特征在于所述的步驟(1)中銳鈦型鈦白粉產品質量要求中I^e2O3的含量不超過0.009wt% ；或所述的步驟(1)中，TiO2的理論濃度為 320 360g/L。
3.根據權利要求1所述的確定方法，其特征在于所述的步驟(1)中的公式為 C1 = Mov，其中Ci-產品中某雜質離子的極限含量，M-反應原料的理論濃度，φ-產品質量標準中雜質的極限質量百分數，Y -雜質物質與雜質元素的折算系數，該系數通過雜質物質的分子式確定。
4.根據權利要求1所述的確定方法，其特征在于所述的步驟(2)中用lg/L硫酸溶液調整該洗滌用水的PH值為1-2。
5.根據權利要求1所述的確定方法，其特征在于所述的步驟O)中的漂洗溫度為 15 30 。
6.根據權利要求1所述的確定方法，其特征在于所述的步驟O)中煅燒時間為1 1. 5小時，溫度為600 800°C。
7.根據權利要求1所述的確定方法，其特征在于所述的步驟O)中配置一系列不同濃度含狗2+雜質的洗滌用水是以!^2+雜質含量的理論最大值為基準，選取1-3個大于該理論最大值的值和1-3個小于該理論最大值的值為實驗值配置洗滌用水。
8.根據權利要求1所述的確定方法，其特征在于所述的步驟O)中1 2+含量值滿足的水洗要求為洗滌濾液中亞鐵離子含量不超過20ppm。
9.根據權利要求1所述的確定方法，其特征在于所述的步驟(3)中雜質的測量方法為將步驟O)中煅燒得到的二氧化鈦粗產品，放入微波消解罐中，再加入總體積為7 13mL的氫氟酸和濃硝酸，將微波消解罐放入微波消解儀中，設定微波消解功率為lkW，消解時間25 30分鐘，消解溫度為180 200°C，進行微波消解，之后對消解液進行趕酸處理， 并測定微波消解液中的鐵雜質含量，折算為二氧化鈦粗產品中狗203的含量。
10.根據權利要求9所述的確定方法，其特征在于所述的氫氟酸和濃硝酸的體積比為5:8-3: 4。
全文摘要
本發(fā)明屬于水資源利用技術領域，涉及一種亞鐵離子雜質含量最大值的確定方法。該方法包含以下步驟根據公式計算出偏鈦酸中雜質Fe2+的含量最大值，并將該最大值確定為回用水中Fe2+雜質含量的理論最大值；配置一系列不同濃度含Fe2+雜質的洗滌用水，分別對漂白后的偏鈦酸漿料進行漂洗，將漂洗后的偏鈦酸漿料煅燒，得到二氧化鈦粗產品；測定二氧化鈦粗產品中雜質Fe2O3的含量；確定回用水中亞鐵離子的最大濃度。本發(fā)明提出了硫酸法鈦白粉生產漂洗工藝回用水中鐵雜質含量最大值的確定方法，填補了確定回用水水質指標方法的空白；本發(fā)明為廢水回用提供理論指導和依據；本發(fā)明為確定其他生產工藝回用水中雜質含量提供方法借鑒。
文檔編號G01N21/73GK102419321SQ20111024358
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月24日 優(yōu)先權日2011年8月24日
發(fā)明者徐竟成, 李光明, 王 華, 米小娟, 羅蘭, 胡惠康, 阮星, 黃翔峰 申請人:同濟大學