一種非晶質(zhì)石英基復(fù)合鈦白粉的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種復(fù)合鈦白粉的制備方法，尤其是一種以非晶質(zhì)石英粉為基核復(fù)合 鈦白粉的制備方法。屬于礦物材料深加工及化學(xué)合成技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，我國鈦白粉表觀消費以年均14 %左右的速度增長，2011年表觀消費量為 164萬噸，2012年鈦白粉表觀消費量將達(dá)187萬噸，我國已成為全球第一大鈦白粉生產(chǎn)和消 費國。預(yù)測到2015年，中國鈦白粉總產(chǎn)能將達(dá)到340萬-350萬噸。而到2020年，我國市場生產(chǎn) 和消費量將達(dá)到400萬-450萬噸，如果年人均消費取美國和西歐的平均數(shù)3.6千克計算的 話，對鈦白粉的需求量將達(dá)520萬噸。隨著市場消費量的不斷擴大與原料資源的日益缺乏， 鈦白粉價格不斷上漲，特種涂料行業(yè)生產(chǎn)成本隨之不斷增加，企業(yè)負(fù)擔(dān)日益加重。因此，像 美國的宣威涂料公司，PPG工業(yè)公司，荷蘭的阿克半諾公司等這些國際涂料巨頭都在盡量減 少鈦白粉用量，同時通過尋找替代品來降低生產(chǎn)成本。
[0003] 目前，復(fù)合鈦白粉的制備方法有兩種，一種是機械研磨法，一種是化學(xué)合成法。機 械物理法是將某種非金屬無機粉末與市售的鈦白粉按一定比例混合，然后再添加各種類型 的偶聯(lián)劑及其它助劑，在密閉的研磨容器內(nèi)進(jìn)行充分?jǐn)嚢琛⒎稚?，得到?fù)合鈦白粉。如公開 號為 0價049459584、0附044976424、0附050016794、0附050383274、0附034447794等專利就 是采用機械混合制備復(fù)合鈦粉的方法。其制備的復(fù)合粉末，只是簡單的物理混合，未能真正 將二氧化鈦包覆于其它無機粉末粒子表面，其它無機粒子與二氧化鈦粒子之間的結(jié)合主要 靠的是表面吸附，其作用力較弱，復(fù)合粉體材料的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上純鈦白粉的性能。因此不 能完全取代欽白粉。
[0004] 化學(xué)法一般是將無機鈦鹽與無機白色粉末在一定條件下，使生成的二氧化鈦粒子 通過化學(xué)鍵作用，結(jié)合在其它無機非金屬粒子表面，形成一種比較牢固的復(fù)合粉體。公開號 為CN1464011A專利是利用煤系煅燒高嶺土為基核，在懸浮漿料中與無機鈦鹽進(jìn)行復(fù)合，即 在一定條件下，使鈦鹽水解，生成的二氧化鈦吸附沉積在高嶺土表面，然后在400-800°C煅 燒，然后進(jìn)行研磨并進(jìn)行分級，獲得5000-7000目粉末，再在850-950°C焙燒4-5h，還要進(jìn)一 步研磨打散，才能得到復(fù)合鈦白粉成品。本法要經(jīng)過多次高溫煅燒、多次研磨，能耗較高。公 開號為CN1206727A專利介紹的是一種Ti0 2/礦石粉復(fù)合鈦粉的制備方法，是將硅灰石、高嶺 土等礦石粉碎至300-2000目后，加入到無機鈦鹽溶液中，在一定條件下反應(yīng)，使水解生成 的無定形Ti0 2包覆在礦粉表面。經(jīng)離心、洗滌、干燥，500-900°C高溫焙燒，得到復(fù)合鈦白成 品。此法復(fù)合粉體粒子粒度較粗，其均勻性不好，遮蓋力及致密性不理想。此外，由于所述礦 粉在低溫包覆前未經(jīng)高溫處理，當(dāng)將包覆粉末在500°C以上高溫進(jìn)行焙燒時，礦粉會產(chǎn)生晶 體變形，而使復(fù)合粉體的性能大打折扣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述機械研磨法的弊端和化學(xué)法的不足，特提供一種以非晶質(zhì)石英粉為 基核化學(xué)包覆鈦白粉的制備方法。具體方法包括以下幾個步驟：
[0006] (1)非晶質(zhì)超微細(xì)石英粉漿料的制備
[0007] 將脈石英礦破碎至100-150目，進(jìn)行搖床分選、10000GS以上磁場強度磁選除去雜 質(zhì)，制得石英砂，將除雜后的石英砂于電弧爐中熔融至玻璃態(tài)后，急劇冷卻，再破碎并研磨 至325-400目，在lOOOOGs以上磁場強度磁選除雜，用氣流粉碎機進(jìn)行粉碎至D 9Q<20ym，得到 氣流粉，將該氣流粉與水按30wt%混合調(diào)節(jié)，以全陶瓷砂磨機研磨至D9Q<Uim(即大于13000 目），制成懸浮原衆(zhòng)母液，再將懸浮原衆(zhòng)母液加水稀釋制成l〇wt%-20wt%復(fù)合楽:料(進(jìn)一步 優(yōu)選為復(fù)合漿料經(jīng)懸浮原漿母液加水稀釋制成15wt% );
[0008] (2)復(fù)合鈦白粉的制備
[0009] 控制復(fù)合漿料反應(yīng)溫度15-35°c，拌轉(zhuǎn)速控制在300-500r/min，向復(fù)合漿料中加入 無機鈦鹽，當(dāng)混合液的pH降到2-3的時候，以1+1氨水進(jìn)行中和調(diào)節(jié)酸，并將pH維持在2.0,待 無機鈦鹽加料完畢，繼續(xù)攪拌至pH不變，再加氨水，調(diào)pH值至8.0-10 (進(jìn)一步優(yōu)選為調(diào)pH值 至9.5)，繼續(xù)攪拌120min，靜置陳化12h-24h，抽吸上層清液，加水調(diào)漿，使?jié){料濃度在25-40wt %，攪拌分散，再將該漿料輸送到噴霧干燥機進(jìn)行離心噴霧干燥，控制進(jìn)風(fēng)口溫度250-400°C，出風(fēng)口溫度80-180°C(進(jìn)一步優(yōu)選為離心噴霧干燥的進(jìn)風(fēng)口溫度控制為350°C，出風(fēng) 口溫度控制為150°C)，600-900°C焙燒40-100min(進(jìn)一步優(yōu)選為焙燒溫度為750°C，焙燒時 間為75min)后自然冷卻、研磨、分散、包裝，得成品。步驟（1)中，電弧爐中溫度控制為1700-2000°C。迅速取出并投入到室溫（< 35°C)下的冷水中急劇冷卻，以保證玻璃態(tài)石英不淅晶。 [0010]步驟(2)中，復(fù)合漿料反應(yīng)溫度控制為20-30°(：，拌轉(zhuǎn)速控制在40(^/1^11時，向復(fù)合 漿料中加入無機鈦鹽，所述的無機鈦鹽為四氯化鈦。無機鈦鹽的加入量以換算成Ti〇 2占干 基石英粉的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計，控制為20wt %-50wt %。進(jìn)一步優(yōu)選為無機鈦鹽的加入量以換算 成Ti〇2占干基石英粉的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計，控制為43.6wt%。即相當(dāng)于150g娃微粉中添加 65.35gTi0 2,每 100ml 懸浮漿料中加入 TiClU8mL。
[0011]本發(fā)明具有以下幾個方面最突出的優(yōu)點：
[0012]⑴本發(fā)明以非晶質(zhì)石英為基核，純度高，Si02含量達(dá)到99.9%以上，保證產(chǎn)品不受 非石英雜質(zhì)的影響，使得反應(yīng)更徹底，包覆更全面，復(fù)合粉體純度更高，性能更優(yōu)越;基核非 晶質(zhì)石英粉顆粒細(xì)，達(dá)到Uim即13000目以上，石英粒子的-〇-Si-〇-大量斷裂，大幅度提高石 英粉表面的化學(xué)鍵數(shù)量，使得基核表面能急劇增加，反應(yīng)活性大大加強，在不添加任何偶聯(lián) 劑等助劑的情況下，能有效地與水解反應(yīng)生成的帶電荷Ti0 2通過化學(xué)鍵結(jié)合，形成一種關(guān) 系牢固的復(fù)合粉體。
[0013] ⑵本發(fā)明在復(fù)合過程中以氨水為酸度調(diào)節(jié)劑，會生成NH4C1鹽，經(jīng)過干燥和焙燒等 后處理工藝，NH 4C1很容易分解升華除去，不會大量殘留在產(chǎn)品中，避免了對產(chǎn)品造成二次 污染。而現(xiàn)有技術(shù)中，一般使用強堿NaOH溶液來調(diào)節(jié)復(fù)合反應(yīng)的酸堿度，會生成大量的 NaCl，NaCl是一種耐高溫鈉鹽，通過干燥及低于100(TC高溫焙燒無法將其分解或升華除去， 因此會殘存在產(chǎn)品中，會對復(fù)合粉體材料的使用性能造成不良影響。
[0014] ⑶本發(fā)明對復(fù)合粉體漿料不經(jīng)過現(xiàn)有技術(shù)中反復(fù)水洗、沉降、過濾、烘干、預(yù)燒、研 磨分散、再次長時間高溫焙燒、打散等繁冗過程，而是直接將漿料進(jìn)行離心噴霧干燥，獲得 分散性好的粉體后，于500-900°C優(yōu)選750°C、焙燒時間小于lOOrnin優(yōu)選75min進(jìn)行熱處理， 避免了現(xiàn)有化學(xué)法技術(shù)兩次高溫焙燒而使粉末發(fā)生硬團(tuán)聚的可能。使得復(fù)合粉體的制備流 程大大縮短，能耗大大降低。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明實施例5制備得到的非晶質(zhì)復(fù)合鈦白粉與市售鈦白粉水懸浮液對不 同波長光的透過率比較。
【具體實施方式】
[0016] 下面以實施實例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不是對本發(fā)明的限制。
[0017] 實施例！
[0018] 將脈石英礦破碎至100-150目，進(jìn)行搖床分選、10000GS以上磁場強度磁選除去雜 質(zhì)，制得石英砂，將除雜后的石英砂于電弧爐中熔融至玻璃態(tài)后，急劇冷卻，再破碎并研磨 至325-400目，在lOOOOGs以上磁場強度磁選除雜，用氣流粉碎機進(jìn)行粉碎至D 9Q<20ym，得到 氣流粉，將該氣流粉與水按30wt%混合調(diào)節(jié)，以全陶瓷砂磨機研磨至D9〇<lym，制成30wt%懸 浮原衆(zhòng)母液。取5000mL原楽;母液，加水調(diào)節(jié)至1 Owt %復(fù)合楽:料，在15 °C進(jìn)行復(fù)合，攪拌作用 下緩緩加入500mLTiCl4,用1+1氨水進(jìn)行調(diào)節(jié)，始終控制漿料pH2.0。待TiCl4加完畢，繼續(xù)攪 拌至pH不變。以氨水調(diào)節(jié)pH值至8.0。攪拌120min，陳化12h。將上層清液去掉。加水調(diào)漿至固 含量約30wt %，送入進(jìn)行噴霧干燥，調(diào)節(jié)干燥器進(jìn)風(fēng)口溫度為250°C、出風(fēng)口溫度為80°C。然 后于600°C焙燒lOOrnin，研磨分散得成品。產(chǎn)品性能指標(biāo)列于表1。
[0019] 表1復(fù)合粉體的理化性能指標(biāo)
[0020]
[0021] 實施例2
[0022] 將脈石英礦破碎至100-150目，進(jìn)行搖床分選、10000GS以上磁場強度磁選除去雜 質(zhì)，制得石英砂，將除雜后的石英砂于電弧爐中熔融至玻璃態(tài)后，急劇冷卻，再破碎并研磨 至325-400目，在10000GS以上磁場強度磁選除雜，用氣流粉碎機進(jìn)行粉碎至D 9Q<20ym，得到 氣流粉，將該氣流粉與