CN102515267B - 高电阻率钛白粉的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高电阻率钛白粉的生产方法，属于钛白粉生产领域。本发明提供了一种高电阻率钛白粉的生产方法，采用硫酸法钛白粉生产工艺，包括如下步骤：钛液的水解、洗涤、盐处理、煅烧制粉，其中：盐处理步骤中加入含钾物质，含钾物质的加入量占二氧化钛含量的0.39-0.47wt％，其中，含钾物质为含钾的碱或盐。利用本发明方法生产钛白粉，所得钛白粉的电阻率比现有技术生产的钛白粉高900Ω·cm，同时保证其亮度、白度、色相、pH符合使用要求。

Description

高电阻率钛白粉的生产方法

技术领域

本发明涉及一种高电阻率钛白的生产方法，属于钛白粉生产领域。

背景技术

钛白粉(又称二氧化钛)具有稳定的物理、化学性质和优良的光学、电学性质以及优异的颜料性能，因此广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。钛白粉的生产方法主要有硫酸法和氯化法。

硫酸法是用钛精矿或酸溶性钛渣与硫酸反应进行酸解反应，得到硫酸氧钛溶液，经水解得到偏钛酸沉淀，再进入转窑煅烧产出TiO₂。硫酸法既可生产锐钛型产品，又可生产金红石型产品。硫酸法生产钛白粉主要包括钛液的水解、洗涤、盐处理、煅烧制粉几个步骤，采用现有硫酸法制得的钛白粉的电阻率为1600-2200Ω·cm，pH值、白度、亮度等指标基本能达到应用要求。由于现有方法生产的钛白粉电阻率较低，不能广泛的应用于化纤行业，本发明的发明人在生产综合性能符合要求的高电阻率钛白粉方面进行了大量的研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种生产高电阻率钛白粉的方法，所得钛白粉较现有技术生产的钛白粉的电阻率高，同时确保其亮度、色相符合使用要求。

本发明的技术方案为：

本发明提供了一种高电阻率钛白粉的生产方法，采用硫酸法钛白粉生产工艺，包括如下步骤：钛液的水解、洗涤、盐处理、煅烧制粉，其中：

盐处理步骤中加入含钾物质，含钾物质的加入量占二氧化钛含量的0.39-0.47wt％，其中，含钾物质为含钾的碱或盐。

优选的，上述含钾物质为氢氧化钾、硫酸钾、碳酸钾、磷酸钾中的至少一种。

进一步地，盐处理步骤中加入磷酸，磷酸的加入量占二氧化钛含量的0.28-0.3wt％。

优选的，钛液的水解步骤中，水解后得偏钛酸浆料，偏钛酸的平均粒径控制在1.5μm-1.7μm。

优选的，盐处理步骤中，调节偏钛酸浆料浓度为300-340g/l。

优选的，盐处理步骤中，先加入含钾物质，再加入磷酸。

优选的，煅烧制粉步骤中，盐处理后的偏钛酸浆料进行脱水处理，使其含水量控制为37-47wt％。

本发明的有益效果：

1、利用本发明方法生产的钛白粉电阻率的平均值比现有技术生产的钛白粉最高达900Ω·cm，同时保证其亮度、白度、色相、pH没有受到影响，更能适用于化纤工业；所得钛白粉的电阻率为2800-3600Ω·cm，pH 6.5-7.5，亮度ΔL≥99.50，Δb(即色相)≤0.5；

2、本发明技术与现有技术的盐处理剂添加量相比，生产1吨钛白可节约成本51元(均按中值计)；

综上，本发明生产方法简单易行，现场工艺流程不需要改造，可行性强。

具体实施方式

本发明提供了一种生产高电阻率钛白粉的方法，具体步骤为：

A钛液的制备

将钛渣和钛矿与硫酸反应后得到钛液，将钛液用水调配至符合水解要求的浓钛液，浓钛液的具体指标如表1所示：

表1浓钛液指标

注：表中的稳定性(ml/ml)，前面“ml”代表蒸馏水用量，后面“ml”为1ml浓钛液。

B钛液的水解

本发明的水解工序与现有外加晶种常压水解一致，即经钛液预热→准备晶种→水解后即可获得偏钛酸，粒径D50(D代表粉体颗粒的直径，D50表示累计50％点的直径，或称50％通过粒径，D50又称平均粒径或中位径)控制在1.5μm-1.7μm之间。因为后续盐处理步骤中偏钛酸浆料的浓度需控制在300-340g/l，若粒径超过1.7μm，则会导致浆料加浅除盐水过多，从而盐处理剂会大量溶入浅除盐水中，在窑前压滤过程中，会导致盐处理剂大量流失，从而影响钛白质量；若水解粒径低于1.5μm，粒子比表面积过大，盐处理步骤中浆料浓度控制在300-340g/l，则会导致浆料加浅除盐水过少，盐处理剂不能在浆料里均匀分散，从而影响盐处理效果。

C洗涤、漂洗

水解所得的偏钛酸浆料经过滤除去所吸附的母液后用水洗涤，其酸性滤液应回收或处理后排放；水洗以后的偏钛酸先在酸性和还原条件下进行漂白，再漂洗除去残存的杂质铁。

D偏钛酸的盐处理

(1)将漂洗后的偏钛酸浆料打入盐处理锅，加浅除盐水调节偏钛酸浆料浓度，使其控制在300-340g/l；若偏钛酸浆料浓度低于300g/l，在后续压滤脱水时钾盐会大量流失，从而残留在偏钛酸中的盐处理剂过少，导致电阻率偏高；若偏钛酸浆料浓度高于340g/l，物料粘度较大，钾盐分散不均匀，从而会导致钛白成品电阻率波动较大；其中，浅除盐水的制备方法为：用阳离子交换树脂吸附自来水中的Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺等阳离子后就制得浅除盐水，浅除盐水呈弱酸性，pH 2-3；

(2)盐处理：将漂洗后的浆料打入盐处理锅搅拌30min后，加入含钾物质搅拌30min，含钾物质的加入量为二氧化钛(以偏钛酸中的二氧化钛含量计)的0.39-0.47wt％(以K₂O计)；再加入磷酸搅拌30min，磷酸的加入量为二氧化钛的0.28-0.30wt％(以P₂O₅计)；盐处理得偏钛酸浆料，放到窑前储槽；含钾物质的加入可将电阻率控制在2800-3600Ω·cm，文中涉及的钛白电阻率均为水煮电阻率；磷酸的加入可使pH值控制在6.5-7.5之间，也可以隐蔽杂质元素铁的作用。加入盐处理剂还可以起到以下作用：①使偏钛酸在较低温度下脱硫，降低煅烧温度使物料在较低温度下达到中性；②促进TiO₂微晶体的成长；③改善颜料性能，使钛白粉颗粒松软、色泽洁白、消色力提高。盐处理中先加入含钾物质，再加入磷酸的原因在于：为使磷酸发挥其隐蔽杂质元素铁的作用，就必须保证磷酸同偏钛酸中的氢氧化铁充分反应；而钾物质多为碱性，磷酸是酸性的，同时加入就会发生相互反应，致使效果有所降低。事实上，含钾物质与磷酸同时加入对盐处理没有副作用，只是加入磷酸的量就应该进行适当的调整，从而增加了成本。

E偏钛酸浆料的煅烧

把盐处理后的偏钛酸浆料进行脱水处理，控制偏钛酸含水量为37-47wt％；由于钾盐溶于水，因此通过控制偏钛酸中残留的钾盐量来控制电阻率，若含水量低于37％，则偏钛酸中残留的钾盐量较少，从而电阻率超过3600Ω·cm；若含水量高于47％，则偏钛酸中残留的钾盐量较高，一方面电阻率不能达到2800Ω·cm；另一方面，由于含水量过大，煅烧时回转窑窑尾脱水困难，窑尾温度低，尾气处理也增加负担。脱水后在回转窑中煅烧制粉即得钛白粉；其中，煅烧工艺参数为：窑速(分/转)/4-4.5，窑头温度/880-905℃，窑尾温度/290-320℃。

化纤领域用钛白粉商定样的性能指标一般为：电阻率2800-3600Ω·cm，pH 6.5-7.5，亮度(ΔL)≥99.50，Δb(即色相)≤0.5。

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

材料及设备：

1、材料：浓钛液，氢氧化钾，磷酸，浅除盐水。

2、设备：水解锅(体积：110m³)，盐处理锅(体积：16m³)，隔膜压滤机(面积：450m²)，回转窑(外直径2.8m，长55m)。

实施例1

(1)浓钛液指标见表2；

表2浓钛液指标

(2)水解工序与现有外加晶种常压水解一致，即经钛液预热→准备晶种→水解后即可获得偏钛酸，粒径D50为：1.51μm；

(3)将漂洗后的浆料打入盐处理锅，加浅除盐水调节偏钛酸浆浓为328g/l；

(4)浆料搅拌30min后，加入氢氧化钾，氢氧化钾的加入量为二氧化钛含量(以偏钛酸中的二氧化钛含量计)的0.46wt％，搅拌30min，再加入二氧化钛含量的0.28wt％的磷酸，搅拌30min，放料到窑前储槽；

(5)把浆料泵入隔膜压滤机经过压滤0.5h，含水量为40％；

(6)回转窑煅烧制粉，煅烧工艺参数为：窑速(分/转)/4.25，窑头温度/902℃，窑尾温度/305℃，产能(吨/天)/51。

(7)将粉碎后的成品进行光学性能指标测定，结果见表4。

实施例2

除步骤(4)中氢氧化钾的加入量与实施例1中的不同，其他步骤均同实施例1，步骤(4)中氢氧化钾的加入量为二氧化钛含量的0.41wt％；所得产品性能如表4所示。

对比例1

(1)浓钛液参数见表3；

表3浓钛液指标

(2)水解工序与现有外加晶种常压水解一致，即经钛液预热→准备晶种→水解后即可获得偏钛酸，粒径D50为：1.55μm；

(3)将漂洗后的浆料打入盐处理锅，加浅除盐水调节偏钛酸浆浓为330g/l；

(4)浆料搅拌30min后，加入氢氧化钾，氢氧化钾的加入量为二氧化钛含量的0.60wt％，搅拌30min，再加入占二氧化钛0.25wt％的磷酸搅拌60min，放料到窑前储槽；

(5)把浆料泵入隔膜压滤机经过压滤0.5h，水份含量39％；

(6)回转窑煅烧制粉，煅烧工艺参数为：窑速(分/转)/4.25，窑头温度/900℃，窑尾温度/300℃，产能(吨/天)/50。

(7)将粉碎后的成品进行光学性能指标测定，结果见表4。

对比例2

除步骤(4)中氢氧化钾的加入量与实施例1不同，其他步骤均同实施例1，步骤(4)中氢氧化钾的加入量占二氧化钛含量的0.39wt％；所得钛白粉的性能指标如表4所示。

对比例3

除步骤(4)中氢氧化钾的加入量与实施例1不同，其他步骤均同实施例1，步骤(4)中氢氧化钾的加入量占二氧化钛含量的0.48wt％；所得钛白粉的性能指标如表4所示。

对比例4

除步骤(4)中氢氧化钾的加入量与实施例1不同，其他步骤均同实施例1，步骤(4)中氢氧化钾的加入量占二氧化钛含量的0.38wt％；所得钛白粉的性能指标如表4所示。可见，当氢氧化钾的加入量为二氧化钛含量的0.38wt％时，所得钛白粉的电阻率虽然较高，但其色相和白度值明显不能达到使用要求。在钛白粉领域中，产品与商定标样相比其亮度ΔL≥99.50，Δb≤0.5，表明该样品的白度、色相符合使用要求。

表4钛白粉产品质量标准

表4中，L为亮度值；a表示色相，a≥0时为红相，a＜0为绿相；b表示色相，b≥0时为黄相，b＜0为蓝相；ΔL：试样亮度值×100/标样亮度值；Δb：|试样色相值-标样色相值|。

本发明实施例中采用的标样是上海滇蜀化工有限公司的商品。由上表可知，利用本发明方法得到的钛白粉产品与采用现有硫酸法工艺生产的钛白粉样品的亮度、白度、色相、pH数值基本相近，均能满足使用要求，而本发明得到钛白粉产品的电阻率平均值更高，最高可高出900Ω·cm。可见，采用本发明的方法制备钛白粉，在保证产品亮度、白度、色相等性能合格的情况下其电阻率更高，适合用于化纤行业。

Claims (16)

1.高电阻率钛白粉的生产方法，采用硫酸法钛白粉生产工艺，包括如下步骤：钛液的水解、洗涤、盐处理、煅烧制粉，其中：

盐处理步骤中加入含钾物质，含钾物质的加入量占二氧化钛含量的0.39-0.47wt%，其中，含钾物质为含钾的碱或盐。

2.根据权利要求1所述的高电阻率钛白粉的生产方法，其特征在于：所述含钾物质为氢氧化钾、硫酸钾、碳酸钾、磷酸钾中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述的高电阻率钛白粉的生产方法，其特征在于：盐处理步骤中加入磷酸，磷酸的加入量占二氧化钛含量的0.28-0.3wt%。

4.根据权利要求1或2所述的高电阻率钛白粉的生产方法，其特征在于：钛液的水解步骤中，水解后得偏钛酸浆料，偏钛酸的平均粒径控制在1.5μm-1.7μm。

5.根据权利要求3所述的高电阻率钛白粉的生产方法，其特征在于：钛液的水解步骤中，水解后得偏钛酸浆料，偏钛酸的平均粒径控制在1.5μm-1.7μm。

6.根据权利要求1或2所述的高电阻率钛白粉的生产方法，其特征在于：盐处理步骤中，调节偏钛酸浆料浓度为300-340g/l。

7.根据权利要求3所述的高电阻率钛白粉的生产方法，其特征在于：盐处理步骤中，调节偏钛酸浆料浓度为300-340g/l。

8.根据权利要求4所述的高电阻率钛白粉的生产方法，其特征在于：盐处理步骤中，调节偏钛酸浆料浓度为300-340g/l。

9.根据权利要求6所述的高电阻率钛白粉的生产方法，其特征在于：盐处理步骤中，先加入含钾物质，再加入磷酸。

10.根据权利要求7所述的高电阻率钛白粉的生产方法，其特征在于：盐处理步骤中，先加入含钾物质，再加入磷酸。

11.根据权利要求8所述的高电阻率钛白粉的生产方法，其特征在于：盐处理步骤中，先加入含钾物质，再加入磷酸。

12.根据权利要求1或2所述的高电阻率钛白粉的生产方法，其特征在于：煅烧制粉步骤中，盐处理后的偏钛酸浆料进行脱水处理，使其含水量控制为37-47wt%。

13.根据权利要求3所述的高电阻率钛白粉的生产方法，其特征在于：煅烧制粉步骤中，盐处理后的偏钛酸浆料进行脱水处理，使其含水量控制为37-47wt%。

14.根据权利要求4所述的高电阻率钛白粉的生产方法，其特征在于：煅烧制粉步骤中，盐处理后的偏钛酸浆料进行脱水处理，使其含水量控制为37-47wt%。

15.根据权利要求6所述的高电阻率钛白粉的生产方法，其特征在于：煅烧制粉步骤中，盐处理后的偏钛酸浆料进行脱水处理，使其含水量控制为37-47wt%。

16.根据权利要求9所述的高电阻率钛白粉的生产方法，其特征在于：煅烧制粉步骤中，盐处理后的偏钛酸浆料进行脱水处理，使其含水量控制为37-47wt%。