如何從從鈦鐵礦中分離鐵和二氧化鈦

硫酸分解鈦鐵礦，往浸取溶液中加入適量鐵粉，並不斷攪拌，立即用玻璃砂漏鬥抽濾，濾液用冰鹽水冷卻至0℃以下，觀察FeSO4·7H2O結晶析出，再冷卻一段時間後，進行抽濾，回收FeSO4·7H2O。將上述實驗中得到的浸取液繼續煮沸得偏鈦酸，把偏鈦酸放在瓷坩鍋中，灼燒冷卻，即得白色二氧化鈦粉末。一、反應原理：1、TiO2為白色粉末，無毒，難溶於水與弱酸，微溶於堿，易溶於熱，濃H2SO4和氫氟酸中，熱穩定性好，是重要的白色顏料。鈦鐵礦的主要成分為FeTiO3，雜質主要為鎂、錳、釩、鉻、鋁等。由於這些雜質的存在，以及一部分鐵（Ⅱ）在風化過程中轉化為鐵（Ⅲ）而失去，所以二氧化鈦的含量變化範圍較大，一般為50%左右。2、在160~200℃時，過量的濃硫酸與鈦鐵礦發生下列反應：FeTiO3+2H2SO4＝TiosesO4+FeSO4+FeSO4+2H2OFeTiO3+3H2SO4＝Ti(SO4)2+FeSO4+FeSO4+3H2O用水浸取分解產物，這時鈦和鐵等以TiSO4和FeSO4形式進入溶液。將溶液冷卻至0℃以下，便有大量的FeSO4·7H2O晶體析出。剩下的Fe2+離子可以在水洗偏鈦酸時除去。因此需在浸出液中加入金屬鐵粉，把Fe3+離子完全還原為Fe2+離子。適當過量的鐵粉可以把少量的TiO2+離子還原為Ti3+離子，以保護Fe2+離子不被氧化。3、為了使TiosesO4在高酸度下水解，可先取一部分上述TiosesO4溶液，使其水解並分散為偏鈦酸溶液，以此作為沉澱的凝聚中心，與其餘的TiSO4溶液一起，加熱至沸騰使其水解，即得偏鈦酸沉澱。該過程主要反應為:TiosesO4+2H2O＝H2TiO3+H2SO44、將偏鈦酸在800～1000℃灼燒，即得二氧化鈦。反應原理為:H2TiO3＝TiO2+H2O二、實驗步驟：1．硫酸分解鈦鐵礦：稱取25g鈦鐵礦粉（300目，含TiO2約50%）,放入有柄蒸發皿中，加入20mL濃H2SO4，攪拌均勻後放在沙浴中加熱，並不停地攪拌，觀察反應物的變化。用溫度計測量反應物的溫度。當溫度升至110－120℃時，注意反應物的變化：開始有白煙冒出，反應物變為藍黑色，粘度增大，攪拌要用力。當溫度上升到150℃時，反應激烈進行，反應物迅速變稠變硬，這一過程幾分鍾內即可結束，故這段時間要大力攪拌，避免反應物凝固在蒸發皿上，激烈反應後，把溫度計插入沙浴中，在200℃左右保持溫度約0.5h，不時攪動以防結成大塊，最後移出沙浴，冷卻至室溫。2．硫酸溶礦的浸取：將產物轉入燒杯中，加入60mL約50℃的溫水，此時溶液溫度有所升高，攪拌至產物全部分散為止，保持體係溫度不得超過70℃，浸取時間為1h，以免TiosesO4水解。然後用玻璃砂漏鬥抽濾，濾渣用10mL水洗滌一次，溶液體積保持在70mL，觀察濾液的顏色。3．除去主要雜質鐵：往浸取溶液中加入適量鐵粉，並不斷攪拌至溶液變為紫黑色（Ti3＋）為止，立即用玻璃砂漏鬥抽濾，濾液用冰鹽水冷卻至0℃以下，觀察FeSO4·7H2O結晶析出，再冷卻一段時間後，進行抽濾，回收FeSO4·7H2O。4．鈦鹽水解：將上述實驗中得到的浸取液，取出1/5的體積，在不停地攪拌下逐滴加入到約400mL沸水中，繼續煮沸約10－15min後，再慢慢加入其餘全部浸取液，繼續煮沸約0.5h後（應適當補充水至原體積），靜置沉降，先用傾析法除去上層水，再用熱的稀H2SO4（2mol／L）洗兩次，並用熱水衝洗沉澱，直至檢查不出Fe2＋為止，用布氏漏鬥抽濾，得偏鈦酸。5．煆燒：把偏鈦酸放在瓷坩鍋中，先小火烘幹後大火燒至不再冒白煙為止（亦可在馬福爐內850℃灼燒），冷卻，即得白色二氧化鈦粉末。