一种高纯偏钛酸的除杂方法与流程

本发明涉及材料化工制备领域，具体涉及一种高纯偏钛酸的除杂方法。

背景技术：

1、偏钛酸是硫酸法生产钛白粉的关键中间产物，同时也是制备纳米级二氧化钛及钛酸钡等高附加值钛基材料的重要前驱体。硫酸法因工艺成熟、原料易得、生产成本低等优势，是目前工业上生产偏钛酸的主要方法。然而，硫酸法所得偏钛酸中不可避免地残留大量杂质离子，尤其是硫酸根离子（so42-）和铁离子（fe3+、fe2+），严重制约了其在高纯钛白粉、高端电子陶瓷及新能源电池材料等领域的应用。

2、为降低偏钛酸中杂质含量，当前，工业上主要采用二次洗涤后的偏钛酸来制备高纯度偏钛酸，主要以水洗方式脱除一次偏钛酸中的铁、硫、重金属等可溶性杂质，其中增加部分工艺辅以还原漂白提升提纯效果。但仅依靠物理洗涤对晶格包裹与颗粒表面强吸附杂质的去除效果有限，易造成铁、硫等杂质残留，难以稳定达到高纯产品要求；同时洗涤耗水量大、酸性废水排放量大，环保处理成本较高；生产过程易受操作与设备条件影响，产品纯度与批次稳定性较差，且颗粒易发生团聚，影响后续产品性能；且传统工艺仅侧重杂质脱除，缺乏对颗粒结构的同步调控，整体流程长、能源消耗高、药剂消耗量大，难以满足高端领域对高纯偏钛酸稳定、高效、绿色制备的需求。

3、中国专利cn114671460a公开了一种硫酸法钛白短流程工艺中工业偏钛酸除杂的方法，通过打浆分散、加入配位剂（磺基水杨酸、柠檬酸）、加入分散剂（十二烷基磺酸钠）、水热晶化（110～180℃，4～48h）及纯化洗涤的工艺流程去除杂质离子。然而，该专利采用的水热处理虽然能改善除杂效果，但能耗高、处理周期长；同时该专利需要添加配位剂和分散剂来进行除杂，虽可提升除杂效率，但增加了药剂消耗与工艺复杂度，也会引入其他杂质。

4、中国专利cn118479532a提出了一种无需水热处理、无需额外助剂的偏钛酸除杂方法。该方案将硫酸法偏钛酸滤饼打浆分散在碳酸钠水溶液中，室温搅拌均匀后过滤，用碳酸钠溶液洗涤至无so42-离子存在；再将所得滤饼打浆分散在稀盐酸水溶液中，室温搅拌均匀后过滤，用稀盐酸溶液洗涤至无co32-和铁离子存在；最后用水洗涤至滤液呈中性，得到纯化偏钛酸滤饼。该方法全程在室温下进行，纯化后偏钛酸中铁含量≤5ppm、硫含量≤10ppm。然而，该专利采用的碱洗和酸洗一方面是会有钠离子氯离子残留的风险，另一方面是该方法使用的酸液和碱液的量比较大，废水产生量多，环保与处理成本较高。

5、综上，现有偏钛酸除杂技术普遍存在除杂不彻底、易引入新杂质、废水产生量大等问题，难以满足高端应用领域对高纯偏钛酸日趋严苛的质量要求。因此，亟需开发一种新型偏钛酸纯化方法，既能高效脱除铁、硫等关键杂质，又不引入新杂质，同时工艺简便、符合环保要求，且易于规模化生产。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种高纯偏钛酸的除杂方法，以解决现有技术中的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、根据本发明提供的一种高纯偏钛酸的除杂方法，所述方法包括以下步骤：

4、步骤一，酸洗步骤

5、用酸洗液调节偏钛酸原料液的ph后，进行酸洗，所述酸洗液为醋酸溶液，酸洗温度为50～60℃；

6、步骤二，碱洗步骤

7、将酸洗后的偏钛酸与碱洗液混合进行碱洗，所述碱洗液为氨水溶液，调节体系ph至8～10；

8、步骤三，水洗步骤

9、将碱洗后的偏钛酸用水进行打浆洗涤。

10、进一步的，所述步骤一中，偏钛酸原料液是将偏钛酸原料加入水中打浆分散，浆料体系ph在2.20-2.50之间。

11、本发明采用醋酸作为酸洗剂，利用醋酸的弱酸性和络合作用溶解并脱除偏钛酸颗粒表面及孔隙内部吸附的铁系杂质；醋酸作为有机酸，不含氯离子、硝酸根等难去除的无机阴离子，避免在纯化过程中引入新的离子杂质。同时，醋酸性质温和，在50～60℃条件下不会侵蚀偏钛酸基体或造成颗粒胶溶，能够在有效除杂的同时保持物料结构与形貌的稳定性。

12、本发明采用氨水作为碱洗剂，利用氨水的弱碱性中和残留醋酸及酸性位点，并通过中和与置换反应将残留硫酸根转化为可洗脱形态；氨水受热分解为nh3和h2o，不引入钠、钾等金属阳离子杂质，避免了现有技术中采用碳酸钠碱洗可能带来的金属离子残留风险。同时氨水碱洗条件温和，不会破坏偏钛酸颗粒结构或引发颗粒硬团聚。

13、进一步的，用酸洗液调节偏钛酸原料液ph至2.10-2.20。

14、进一步的，所述步骤二中，碱洗温度为50～60℃。

15、进一步的，所述方法还包括酸洗步骤、碱洗步骤和水洗步骤结束后的过滤步骤，即酸洗后过滤、碱洗后过滤和水洗后过滤。

16、进一步的，所述过滤步骤中，向偏钛酸浆料中加入助滤剂。

17、进一步的，所述助滤剂为非离子型聚丙烯酰胺。

18、进一步的，所述非离子型聚丙烯酰胺的加入量为偏钛酸质量的0.05%～0.2%。作为示例，优选所述非离子型聚丙烯酰胺的加入量为偏钛酸质量的0.1%。

19、本发明在酸洗、碱洗和水洗各阶段结束后均加入非离子型聚丙烯酰胺作为助滤剂进行辅助过滤，显著改善了偏钛酸浆料的过滤性能，提高了脱水效率，降低了滤饼含水率，同时减少了过滤过程中的物料流失，提高了产品收率；非离子型聚丙烯酰胺不带离子电荷，不会与浆料中的离子发生静电吸附或引入新杂质，在强化过滤的同时保证了产品纯度。

20、进一步的，所述水洗步骤中，所述步骤三中，水洗温度为50～60℃，水洗次数为三次。

21、本发明采用50～60℃的温热条件进行洗涤，相较于室温操作显著提高了离子的扩散速率与传质效率，使杂质洗脱更加充分、彻底，同时温度温和适中，避免了高温水热处理带来的高能耗、长周期、设备要求苛刻等问题，实现了高效除杂与节能降耗的统一。

22、进一步的，所述水洗步骤中，所述步骤三中，以洗涤后滤液ph呈中性作为洗涤终点。本发明以洗涤后滤液ph呈中性作为洗涤终点判定依据，终点明确可控，有利于保证不同批次产品纯度的稳定性和一致性。

23、本发明的纯化偏钛酸中铁含量≤10ppm，硫含量≤0.1%。其他杂质离子均≤1ppm。

24、本发明使用的偏钛酸原料为硫酸法偏钛酸。优选硫酸法二洗偏钛酸滤饼。

25、本发明纯化后的纯化偏钛酸在制备电池级钛酸钡、电子级钛酸钡、钛基氧化物功能陶瓷、电池隔膜改性添加剂或电极界面缓冲层材料中的应用。

26、本发明具有如下优点：

27、本发明构建了“醋酸酸洗—氨水碱洗—热水洗涤”的三步温和纯化工艺体系，通过酸洗、碱洗和热水洗的协同配合，实现了对偏钛酸中铁离子和硫酸根离子的分步高效脱除。铁含量可降至10ppm以下、硫含量可降至0.1%以下，能够满足高纯钛白粉、高端电子陶瓷及新能源电池材料等领域对高纯偏钛酸的严格要求。

28、本发明整个纯化过程在温和条件下进行，无需高温水热、高压反应或添加配位剂、分散剂等复杂助剂，工艺简洁、操作方便、药剂廉价易得、能耗低、废水产生量少，具有良好的环保效益和经济效益，易于实现工业化大规模生产。