[发明专利]二氧化钛矿的纯化方法

说明书

本发明是1990年11月15日申请的美国专利申请顺序号No.07/613049的部分继续申请，07/613049是1990年3月8日申请的美国专利申请顺序号No.07/490195的部分继续申请，现已放弃。

本申请涉及纯化TiO₂矿的改进方法，TiO₂矿含有包括诸如钍和铀的不可允许量的天然产生的放射性核素（NORS）在内的许多杂质。纯化的矿可用于制备TiO₂颜料或钛金属或可用于需要纯化TiO₂矿的任何其它的工艺中。本发明具体涉及从钛铁矿、白钛石、金红石、钙钛矿、榍石，以及其衍生物或中间产品，例如在氯化工艺中的吹扫产物中除去杂质。

目前，在世界上所产生的钛矿中约有75%是由颜料工业用以生产TiO₂。在采用氯化法生产TiO₂中，使用一般含有约55～96%TiO₂的精矿。精选方法的目的是除去杂质，如碱金属、碱土金属、稀土金属、铁、铝、硅、磷、钍、铀、铬、锰、钒和钇。这些杂质可以以氧化物、盐或其它复合形式存在。对氯化法特别不利的是那些含有铁、钙、铝、磷、镁、钡和锶以及如钍和铀（及其放射性衰变子体）的大量杂质的矿石。例如，磷在氯化TiO₂工艺中会引起处理难题，而钍和铀能在TiO₂工艺中浓缩而对健康有潜在的危害。而铝、铁、磷、钍和铀的杂质也有另外的问题，因为用通常的机械或化学方法去除它们特别困难。最后，碱土金属在TiO₂流化床氯化器中削弱流化作用。

迫切要求能有效地除去这些杂质，因为不含这些杂质的已知TiO₂矿源已很稀少并昂贵。而且，已知的其它纯化TiO₂的方法，与本发明的方法相比，或者需要辅助的，更复杂或更昂贵的处理步骤，或者在一个或多个有利方面具有缺陷。

对于钛铁矿、白钛石、金红石、钙钛矿和榍石矿来说，要降低到允许量的特别重要的杂质是铁、锰、钙和如钍和铀的放射性核素。铁要降到允许量是重要的，因为（1）在用于生产TiO₂的氯化法中，它往往是能引起主要氯消耗的主要杂质，（2）在氯化TiO₂方法中它能形成氯化铁，而这种氯化铁是排放的难题。将锰降到允许量也是重要的。因为锰是一种能聚结的高沸材料，并能在氯化TiO₂工艺第一步中在流化床氯化器出口道的内部形成硬渣。要注意，锰常常与钛铁的矿如钛铁矿结合在一起的。最后，将放射性核素降到允许量也是重要的，因为它们有潜在的健康问题。

在纯化钛铁矿、白钛石、金红石、钙钛矿和榍石中，将矿石中TiO₂含量提高到适当的高含量也是重要的，以便由TiO₂方法生产的TiO₂的产率达到最佳，而且涉及由工艺中除去杂质的处理问题也减到最小。因此，通常，在精选矿中的TiO₂含量将提高到至少75%，优选的至少达到80%而最好的至少达到约90%。

某些现有技术的方法可以除去某些上述杂质，一般它们需要预还原或预氧化接着预还原作为主要步骤。预还原和/或预氧化是不受欢迎的，因为它是昂贵的（由于基本能耗和必需的投资）并且会使之更难以除去放射性核素。因而要求有一个精选方法，它不需要预还原作为其主要步骤。

公开了下列对本发明值得注意的信息：

美国专利4176159公开了由金红石、钛铁矿和白钛石矿中除去杂质的方法，该方法需要高温焙烧、冷却、还原、冷却、磁分离、无机酸浸提、中和和洗涤。

美国专利4562048公开了通过用无机酸浸提而精选钛铁矿石。所用温度是120-150℃，而所用压力是每平方英寸10-45磅（“psig”）。主要方面是浸提工艺过程中所释放的水蒸汽的排放。在浸提之前，矿石要在约600～1100℃下还原。

美国专利4321236公开了精选钛铁矿的方法。该方法在浸提操作之前必需要将钛铁矿石和无机酸加热。温度维持在110～150℃，压力保持在20～50psig。对含有呈高价态铁的铁矿石，建议在浸提之前在约800～1100℃时进行还原焙烧。

美国专利4019898公开了在用于精选钛铁矿石的浸提液中加入少量硫酸。所用温度是100～150℃，所用压力高达50psig。对含有呈高价态的铁矿石则在浸提前，将矿石在约700～1200℃温度下还原。