專利名稱：生產(chǎn)鈦白粉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)鈦白粉的方法，屬于化工領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
目前，鈦白生產(chǎn)廠家主要采用硫酸法鈦白生產(chǎn)工藝進(jìn)行生產(chǎn)，硫酸法鈦白生產(chǎn)工藝分為自生晶種常壓熱水解工藝和外加晶種常壓熱水解工藝。由于外加晶種常壓熱水解工藝需要另行制備晶種，工序步驟復(fù)雜，因此，大多數(shù)企業(yè)都采用自生晶種常壓熱水解工藝生產(chǎn)鈦白粉。
自生晶種常壓熱水解工藝的主要步驟為先將水解鈦液加入去離子水中形成晶種，然后以其為結(jié)晶中心誘導(dǎo)鈦液水解沉積得到水解料，最后水解料經(jīng)過酸洗、漂白、水洗、鹽處理、煅燒、粉碎等處理即得到鈦白產(chǎn)品。其中，水解初期水解鈦液加入去離子水中所形成的晶種數(shù)量、質(zhì)量、粒度及其大小分布情況，是決定水合二氧化鈦粒子形狀、粒度及其分布的關(guān)鍵因素，進(jìn)而決定了經(jīng)后期處理制得的鈦白粉粒度分布及顏料性能。
我國鈦白行業(yè)的產(chǎn)能近年急劇擴(kuò)大，對(duì)礦源需求量逐年提高，國家化工行業(yè)生產(chǎn)力促進(jìn)中心鈦白分中心已提出“鈦礦已成為制約我國鈦白業(yè)發(fā)展的最大瓶頸”。礦源開采的加劇同時(shí)使得貧礦增多，不同礦源間區(qū)別較大，帶來酸解和濃縮后的鈦液總鈦濃度偏低，酸度系數(shù)F值偏高等指標(biāo)較大幅度變化，造成鈦白品質(zhì)的不穩(wěn)定，鈦白粉粒度分布不均，甚至出現(xiàn)水解廢料，帶來極大的資源和成本浪費(fèi)。因此，研究新的鈦白水解工藝，以適應(yīng)鈦白行業(yè)發(fā)展的需要，成為本領(lǐng)域目前的研究重點(diǎn)。
申請(qǐng)?zhí)枮?00810095242.8的專利申請(qǐng)公開了一種制備鈦白的水解方法，該方法采用晶種鈦液和水解鈦液分步加入的方法，并分步熟化自生晶種，獲得粒度分布半峰寬在80～100nm的顏料級(jí)鈦白。雖然該申請(qǐng)文件聲稱該方法為自生晶種常壓水解技術(shù)，但從該方法的工藝步驟可以看出該方法另外加入了晶種鈦液，實(shí)際上是屬于外加晶種水解方法。但該方法需要另行制備晶種鈦液，增加了生產(chǎn)工序和生產(chǎn)成本。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種生產(chǎn)粒度分布均勻的鈦白粉的方法，該方法不需另行制備晶種鈦液。
本發(fā)明生產(chǎn)鈦白粉的方法包括如下步驟 a、去離子水預(yù)熱至94～98℃，加入90～98℃的水解鈦液，混勻； 其中，所述的水解鈦液中的鈦濃度以TiO2計(jì)為200～240g/l、水解鈦液的酸度系數(shù)為1.7～2.0，水解鈦液的體積為去離子水體積的3～5倍； b、升溫至沸騰，然后保持微沸，待溶液變?yōu)榛疑?，停止加熱，冷卻，以避免此時(shí)再形成新的晶核； c、再次加熱至沸騰，然后保持微沸至水解結(jié)束，得到水解料； d、水解料經(jīng)過酸洗、漂白、水洗、鹽處理、煅燒、粉碎即得鈦白粉。其中，酸洗、漂白、水洗、鹽處理、煅燒、粉碎步驟按常規(guī)方法操作即可。
本發(fā)明生產(chǎn)鈦白粉的方法不需要另行制備晶種或晶種鈦液，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，節(jié)約了生產(chǎn)成本，且制得的鈦白粉的粒度均勻，粒度分布窄，顏料性能好，為本領(lǐng)域鈦白粉的制備提供了一種新的選擇，具有廣闊的應(yīng)用前景。



圖1是實(shí)施例一制備的水合二氧化鈦的粒徑分布圖； 圖2是實(shí)施例一制備的鈦白粉的粒徑分布圖； 圖3是實(shí)施例二制備的鈦白粉的粒徑分布圖； 圖4是實(shí)施例三制備的鈦白粉的粒徑分布圖。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明生產(chǎn)鈦白粉的方法包括如下步驟 a、去離子水預(yù)熱至94～98℃，加入90～98℃的水解鈦液，混勻； 其中，所述的水解鈦液中的鈦濃度以TiO2計(jì)為200～240g/l、水解鈦液的酸度系數(shù)為1.7～2.0，水解鈦液的體積為去離子水體積的3～5倍； b、升溫至沸騰，然后保持微沸，待溶液變?yōu)榛疑?，停止加熱，冷卻，以避免此時(shí)再形成新的晶核； c、再次加熱至沸騰(由于水解程度進(jìn)行不同，c步驟沸騰時(shí)的溫度比b步驟沸騰時(shí)的溫度要高1～2℃左右)，然后保持微沸至水解結(jié)束，得到水解料； d、水解料經(jīng)過酸洗、漂白、水洗、鹽處理、煅燒、粉碎即得鈦白粉。
上述a步驟中水解鈦液加入去離子水中時(shí)，去離子水和水解鈦液的溫度過高或過低都可能導(dǎo)致水解體系溫度變化過大，形成的水解粒子大小及其分布變大，惡化顏料性能及粒度分布，因此，需嚴(yán)格控制去離子水和水解鈦液的溫度。
上述a步驟中也不能采用將去離子水加入水解鈦液中的加料方式，否則不會(huì)在水解初期形成晶種，得到的產(chǎn)物顏料性能極差。
本發(fā)明中所述的水解鈦液可以自行制備，也可以直接采用市售的工業(yè)鈦液(未加去離子水和稀釋水的原料液)，水解鈦液的鈦濃度通常以TiO2的質(zhì)量濃度計(jì)，主要指鈦液中游離、絡(luò)合及呈多聚體的未水解析出的鈦濃度。
進(jìn)一步的，為了使制備的鈦白產(chǎn)品性能更好，上述的水解鈦液優(yōu)選為水解鈦液中的鈦濃度以TiO2計(jì)為222g/l，水解鈦液的酸度系數(shù)為1.83，水解鈦液與去離子水體積比為100∶29。
由于礦源不同等原因，市售的工業(yè)鈦液的pH值可能不同，為了保證鈦液水解初期形成的晶種數(shù)量和質(zhì)量，上述a步驟所述的去離子水優(yōu)選先用硫酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值，然后再加入水解鈦液；其中，去離子水用硫酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值的大小為根據(jù)水解鈦液的pH值大小，以使水解初期(水解初期是指在加水解鈦液總時(shí)間為15～20min時(shí)，加水解鈦液1min左右對(duì)應(yīng)的階段)形成晶種時(shí)的水解體系(水解鈦液加入去離子水中形成的溶液即為水解體系)pH值為0.3～0.5。
進(jìn)一步的，水解鈦液加入去離子水中時(shí)，如果加入速度過快，則不能形成足夠數(shù)量的晶種，使粒度分布變寬，雜質(zhì)含量可能偏高，顏料性能差，且需要更長(zhǎng)的誘導(dǎo)成核階段，降低生產(chǎn)效率，如果加入速度過慢，則會(huì)延長(zhǎng)生產(chǎn)時(shí)間，降低生產(chǎn)效率。上述a步驟中所述的水解鈦液優(yōu)選在15～20min內(nèi)勻速加入到去離子水中。勻速加入水解鈦液優(yōu)點(diǎn)為一方面便于控制，步驟簡(jiǎn)化；另一方面是此階段能夠維持較好的水解速率范圍，便于控制粒度分布和顏料產(chǎn)品質(zhì)量(較高)，且操作穩(wěn)定性很高。
進(jìn)一步的，上述b步驟中升溫至沸騰的升溫速率過快，則會(huì)導(dǎo)致水解速率變快，粒度分布寬，惡化顏料性能，如果升溫速率過慢，則會(huì)延長(zhǎng)生產(chǎn)時(shí)間，降低生產(chǎn)效率。b步驟中升溫至沸騰的升溫速率優(yōu)選為0.8～1.4℃/min。
其中，上述b步驟中溶液變?yōu)榛疑?，停止加熱的原因是溶液變?yōu)榛疑乃馑俾蕵O快，為避免此時(shí)再形成新的晶核(新的晶核會(huì)導(dǎo)致后期所有形成的粒子大小分布變寬，從而惡化顏料性能)，需通過停止加熱，使溫度降至90℃左右以抑制該現(xiàn)象發(fā)生，一般停止加熱20～40min即可使溫度降至90℃左右。
進(jìn)一步的，c步驟中升溫至沸騰的升溫速率過快，則會(huì)導(dǎo)致水解速率變快，粒度分布寬，惡化顏料性能，如果升溫速率過慢，則會(huì)延長(zhǎng)生產(chǎn)時(shí)間，降低生產(chǎn)效率。c步驟中升溫至沸騰的升溫速率優(yōu)選為0.8～2.5℃/min。
進(jìn)一步的，c步驟升溫至沸騰90min后，向體系勻速補(bǔ)充80～98℃的去離子水，用量為使最終鈦液總鈦濃度以TiO2計(jì)保持為165±10g/l，然后維持微沸直至水解結(jié)束。補(bǔ)加去離子水的主要目的是使促進(jìn)鈦液水解，達(dá)到工業(yè)要求的水解率，且對(duì)于水解粒子的絮凝等有促進(jìn)作用。沸騰90min時(shí)，一般對(duì)應(yīng)水解速率是較為緩慢的，此時(shí)補(bǔ)加去離子水可促進(jìn)水解進(jìn)行，且利于粒子絮凝，便于后期的過濾、洗滌。若提前補(bǔ)加去離子水，由于此時(shí)水解率低，會(huì)導(dǎo)致鈦液的強(qiáng)制水解，形成粒子偏細(xì)且粒度分布差，影響顏料性能；而如果延后補(bǔ)加去離子水，由于此時(shí)體系中未水解的鈦濃度極低，會(huì)導(dǎo)致水解率偏低，難以滿足工業(yè)生產(chǎn)要求。使最終鈦液總鈦濃度以TiO2計(jì)保持為165±10g/l的目的是一方面提高反應(yīng)體系的水解率并滿足工業(yè)要求，且此時(shí)對(duì)應(yīng)的粒度分布窄；另一方面是此濃度條件下利于水解粒子的絮凝聚集，形成較大的聚集粒子，便于后期的過濾洗滌，這樣除雜效果好，形成的產(chǎn)品質(zhì)量高，顏料性能好。
一般工業(yè)生產(chǎn)要求鈦的水解率在96％以上，即可認(rèn)為水解結(jié)束。上述c步驟升溫至沸騰后，保持微沸2.5～3.0h，即能使鈦的水解率達(dá)到96％以上，即水解結(jié)束。此時(shí)的鈦白粒度分布較窄，粒子大小適宜。如果水解時(shí)間過短則會(huì)導(dǎo)致水解率低，粒度分布寬，顏料性能差；如果水解時(shí)間過長(zhǎng)則會(huì)使粒子總體偏大，從經(jīng)濟(jì)上及生產(chǎn)周期長(zhǎng)角度也很不適宜，且會(huì)惡化顏料性能。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步的描述，并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。
實(shí)施例1～3所用的水解鈦液的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見表1。
表1水解鈦液質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 實(shí)施例1采用本發(fā)明方法生產(chǎn)鈦白粉 取29.0ml去離子水加入到水解鍋中，并在攪拌下預(yù)熱至96℃。將預(yù)熱至95℃，濃度為222g/l，F(xiàn)值為1.83的水解鈦液100ml，在17min內(nèi)勻速加入到水解鍋中，加料過程維持水解體系溫度為98℃。加料完畢后將水解體系升溫至沸騰(約104℃)，保持升溫速率為1.20℃/min，其加熱時(shí)間為5min，維持體系微沸狀態(tài)。待溶液變?yōu)榛疑珪r(shí)(即變灰點(diǎn))即停止加熱和攪拌，熟化30min。熟化完畢后在攪拌狀態(tài)下將體系再次升溫沸騰(約105℃)，保持升溫速率為2.0℃/min，其加熱時(shí)間為12min，并維持體系微沸狀態(tài)。從第二次升溫至沸騰90min后向體系勻速加入已預(yù)熱至90℃的去離子水10ml，以稀釋鈦液濃度促進(jìn)水解反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，至3h后結(jié)束水解。所得水解料進(jìn)行酸洗、漂白、水洗、鹽處理、煅燒、粉碎得到鈦白產(chǎn)品。
所得水合二氧化鈦漿料(即未煅燒的中間產(chǎn)物)的粒度分布如圖1所示。圖1中，所得水合二氧化鈦漿料的平均粒徑為801nm，半峰寬109nm，峰1峰值粒徑為756nm，表明所得漿料由粒徑分布窄的水合二氧化鈦粒子構(gòu)成。所得鈦白的粒度分布如圖2所示。由圖2可知，所得鈦白產(chǎn)品的平均粒徑為247nm，半峰寬68.7nm，峰1峰值粒徑為256nm，多分散指數(shù)0.178，截距為0.825，表明所得鈦白粉的粒徑分布很窄。顏料性能測(cè)試得其消色力(SCX)為1422(R706作為標(biāo)樣)，白度相對(duì)值100.25(PTA120作為標(biāo)樣)。
實(shí)施例2采用本發(fā)明方法生產(chǎn)鈦白粉 用硫酸溶液調(diào)節(jié)去離子水pH為8.30，取26.0ml加入到水解鍋中，并在攪拌下預(yù)熱至94℃。將預(yù)熱至95℃，濃度為202g/l，F(xiàn)值為1.85的水解鈦液100ml，在17min內(nèi)勻速加入到水解鍋中，加料過程維持水解體系溫度為95℃。加料完畢后將水解體系升溫至沸騰(約102.5℃)，保持升溫速率為1.07℃/min，其加熱時(shí)間為7min，維持體系微沸狀態(tài)。待溶液變?yōu)榛疑珪r(shí)(即變灰點(diǎn))即停止加熱和攪拌，熟化30min。熟化完畢后在攪拌狀態(tài)下將體系升溫至沸騰(約103.5℃)，保持升溫速率為2.4℃/min，其加熱時(shí)間為10min，并維持體系微沸狀態(tài)。從第二次升溫至沸騰90min后向體系勻速加入已預(yù)熱至90℃的去離子水5ml，以稀釋鈦液濃度促進(jìn)水解反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，至3h后結(jié)束水解。所得水解料進(jìn)行酸洗、漂白、水洗、鹽處理、煅燒、粉碎得到產(chǎn)品。
所得鈦白的粒度分布如圖3所示。由圖3可知，所得鈦白產(chǎn)品的平均粒徑為277nm，半峰寬95.6nm，峰1峰值粒徑為294nm，多分散指數(shù)0.111，截距為0.840，表明所得鈦白的粒徑分布很窄。顏料性能測(cè)試得其消色力(SCX)為1378(R706作為標(biāo)樣)，白度相對(duì)值100.32(PTA120作為標(biāo)樣)。
實(shí)施例3采用本發(fā)明方法生產(chǎn)鈦白粉 用硫酸溶液調(diào)節(jié)去離子水pH為4.80，取23.0ml加入到水解鍋中，并在攪拌下預(yù)熱至96℃。將預(yù)熱至95℃，濃度為231g/l，F(xiàn)值為1.73的水解鈦液100ml，在18min內(nèi)勻速加入到水解鍋中，加料過程維持水解體系溫度為95.5℃。加料完畢后將水解體系升溫至沸騰(約104.5℃)，保持升溫速率為1.41℃/min，其加熱時(shí)間為6.4min，維持體系微沸狀態(tài)。待溶液變?yōu)榛疑珪r(shí)(即變灰點(diǎn))即停止加熱和攪拌，熟化30min。熟化完畢后在攪拌狀態(tài)下將體系再次升溫至沸騰(約105.5℃)，保持升溫速率為2.5℃/min，其加熱時(shí)間為10min，并維持體系微沸狀態(tài)。從第二次升溫至沸騰90min后向體系勻速加入已預(yù)熱至90℃的去離子水21ml，以稀釋鈦液濃度促進(jìn)水解反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，至3h后結(jié)束水解。所得水解料進(jìn)行酸洗、漂白、水洗、鹽處理、煅燒、粉碎得到產(chǎn)品。
所得鈦白的粒度分布如圖4所示。由圖4可知，所得鈦白產(chǎn)品的平均粒徑為267nm，半峰寬82.9nm，峰1峰值粒徑為290nm，多分散指數(shù)0.127，截距為0.836，表明所得鈦白的粒徑分布很窄。顏料性能測(cè)試得其消色力(SCX)為1399(R706作為標(biāo)樣)，白度相對(duì)值100.19(PTA120作為標(biāo)樣)。
權(quán)利要求
1.生產(chǎn)鈦白粉的方法，其特征在于包括如下步驟
a、去離子水預(yù)熱至94～98℃，加入90～98℃的水解鈦液，混勻；
其中，所述的水解鈦液中的鈦濃度以TiO2計(jì)為200～240g/l、水解鈦液的酸度系數(shù)為1.7～2.0，水解鈦液的體積為去離子水體積的3～5倍；
b、升溫至沸騰，然后保持微沸，待溶液變?yōu)榛疑?，停止加熱，冷卻，以避免此時(shí)再形成新的晶核；
c、再次加熱至沸騰，然后保持微沸至水解結(jié)束，得到水解料；
d、水解料經(jīng)過酸洗、漂白、水洗、鹽處理、煅燒、粉碎即得鈦白粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)鈦白粉的方法，其特征在于所述的水解鈦液中的鈦濃度以TiO2計(jì)為222g/l，水解鈦液的酸度系數(shù)為1.83，水解鈦液與去離子水體積比為100∶29。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)鈦白粉的方法，其特征在于a步驟所述的去離子水先用硫酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值，然后再加入水解鈦液；其中，去離子水用硫酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值的大小為根據(jù)水解鈦液的pH值大小，以使水解初期形成晶種時(shí)的水解體系pH值為0.3～0.5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)所述的生產(chǎn)鈦白粉的方法，其特征在于a步驟中所述的水解鈦液在15～20min內(nèi)勻速加入去離子水中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述的生產(chǎn)鈦白粉的方法，其特征在于b步驟中升溫至沸騰的升溫速率為0.8～1.4℃/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述的生產(chǎn)鈦白粉的方法，其特征在于b步驟中溶液變?yōu)榛疑?，停止加熱，使溫度降?0℃左右。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)鈦白粉的方法，其特征在于b步驟中溶液變?yōu)榛疑?，停止加?0～40min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7任一項(xiàng)所述的生產(chǎn)鈦白粉的方法，其特征在于c步驟中升溫至沸騰的升溫速率為0.8～2.5℃/min。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述的生產(chǎn)鈦白粉的方法，其特征在于c步驟升溫至沸騰90min后向體系勻速補(bǔ)充80～98℃的去離子水，用量為使最終鈦液總鈦濃度以TiO2計(jì)保持為165±10g/l，然后維持微沸直至水解結(jié)束。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的生產(chǎn)鈦白粉的方法，其特征在于c步驟升溫至沸騰后，保持微沸2.5～3.0h，即水解結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明涉及生產(chǎn)鈦白粉的方法，屬于化工領(lǐng)域。本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是提供了一種生產(chǎn)粒度分布均勻的鈦白粉的方法，該方法不需另行制備晶種鈦液。本發(fā)明生產(chǎn)鈦白粉的方法包括如下步驟a.去離子水預(yù)熱至94～98℃，加入90～98℃的水解鈦液，混勻；b.升溫至沸騰，然后保持微沸，待溶液變?yōu)榛疑?，停止加熱，冷卻，以避免此時(shí)再形成新的晶核；c.再次加熱至沸騰，然后保持微沸至水解結(jié)束，得到水解料；d.水解料經(jīng)過酸洗、漂白、水洗、鹽處理、煅燒、粉碎即得鈦白粉。本發(fā)明生產(chǎn)鈦白粉的方法不需要另行制備晶種或晶種鈦液，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，節(jié)約了生產(chǎn)成本，且制得的鈦白粉的粒度均勻，粒度分布窄，顏料性能好，為本領(lǐng)域鈦白粉的制備提供了一種新的選擇。
文檔編號(hào)C01G23/00GK101607737SQ200910305050
公開日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2009年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月30日
發(fā)明者田從學(xué), 胡鴻飛, 陳新紅, 馬維平, 羅志強(qiáng), 勇 唐, 杜劍橋 申請(qǐng)人:攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼鐵研究院有限公司, 攀枝花新鋼釩股份有限公司, 四川大學(xué)