CN115676882A - 一种钛白粉生产中偏钛酸煅烧工艺及其使用的盐处理剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种偏钛酸煅烧过程中使用的盐处理剂，该盐处理剂包括含锑的盐溶液、含铝的盐溶液、含钾的盐溶液、含磷的盐溶液和冰醋酸。本发明还公开一种钛白粉生产中偏钛酸煅烧工艺。本发明提供了一种在偏钛酸煅烧过程中添加几种煅烧助剂，在较高的温度条件下对偏钛酸转变成金红石型钛白粉的过程控制，达到提高钛白粉高耐候性的目的。

Description

一种钛白粉生产中偏钛酸煅烧工艺及其使用的盐处理剂

技术领域

本发明属于钛白粉的生产领域，尤其涉及一种偏钛酸煅烧过程及其使用的盐处理剂。

背景技术

钛白粉作为一种白色颜料，广泛应用在涂料、塑料、造纸、油墨、化妆品、橡胶等领域。随着钛白粉应用领域不断扩大，例如用于室外建筑涂层、飞机船舶涂层、高端家具漆等领域，这些领域对钛白粉耐候性要求极高，为了满足特殊领域对钛白粉耐候性需求，高耐候造纸专用钛白粉研发将变得越来越重要了。目前国内外较多厂家钛白粉的耐候性主要靠包覆致密硅膜层，来提高钛白粉的耐候性。致密硅制备过程对温度要求较高，甚至达到微沸状态，并且包膜物料洗涤时有假稠现象，对生产设备有较高要求，生产成本较高，而且高温下，硅反应活性较高，反应速度不易控制，生成膜层致密度不均匀，造成钛白粉对涂料的耐候性提高不明显。

高耐候性是钛白粉在应用体系中的一个重要评价指标，常见的提高钛白粉耐候性的方法是通过后处理时，在钛白粉的表面包覆一层致密的二氧化硅膜。这样的处理方法只能部分解决钛白粉的耐候性，而由于钛白颗粒本身的晶体缺陷造成的不耐候是不能通过后处理来解决的，只有在钛白初品制备的过程中避免晶格缺陷的产生。

现有技术中公开了一种高耐候钛白粉的制备方法，该钛白粉包括二氧化碳基材和所述二氧化钛基材表面的包膜层。这主要也是对金红石钛白颗粒的外层包膜层入手来改善钛白粉的耐候性，未从钛白粉晶体缺陷上着手改进钛白初品的晶格缺陷来提高钛白初品的耐候性。

现有技术中还公开了一种高耐候钛白粉的生产方法，也是通过在金红石型钛白初品颗粒表面包覆多层氧化钛、氧化硅、氧化铝等无机氧化物膜层，从而提高钛白粉的耐候性能。

基于以上，有必要开发在钛白初品制备的过程中避免晶格缺陷的产生的制备方法，以提高钛白粉耐候性。

发明内容

基于此，为了弥补现有高耐候钛白粉的生产方法的不足，提供一种钛白粉生产中偏钛酸煅烧工艺及其使用的盐处理剂。

针对上述技术问题，采用以下技术方案：

本发明提供一种偏钛酸煅烧过程中使用的盐处理剂，所述盐处理剂包括含锑的盐溶液、含铝的盐溶液、含钾的盐溶液、含磷的盐溶液和冰醋酸。

进一步地，含锑的盐溶液选自硫酸锑、氧化锑；含铝的盐溶液选自硫酸铝、偏铝酸；含钾的盐溶液选自氧化钾、氢氧化钾；含磷的盐溶液选自磷酸盐、磷酸一氢盐、磷酸二氢盐的任一种。

进一步地，含磷的盐溶液选自磷酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、磷酸钠、磷酸钾、六偏磷酸钠、六偏磷酸钾的任一种。

进一步地，含锑的盐溶液的添加量以TiO₂计为料浆中TiO₂质量的0.1％-0.5％；含铝的盐溶液添加量以TiO₂计为料浆中TiO₂质量的0.1％-0.3％。

进一步地，含钾的盐溶液和含磷的盐溶液添加量以TiO₂计共为料浆中TiO₂质量的0.1％-0.3％；冰醋酸以TiO₂计为料浆中TiO₂质量的0.1％-0.3％。

本发明还提供一种钛白粉生产中偏钛酸煅烧工艺，依次包括如下步骤：

1)在漂白后的偏钛酸中添加权利要求1-6任一项所述的盐处理剂形成偏钛酸悬浮液；

2)将步骤1)所得的偏钛酸悬浮液压榨去掉多余的水分，然后高温煅烧，冷却后研磨，添加三羟甲基丙烷，在气流粉碎制得金红石型钛白粉；

进一步地，漂白后的偏钛酸的TiO₂浓度350±5g/L，总铁≤15ppm。

进一步地，所述步骤1)的添加盐处理剂的过程为按照以下步骤顺序添加：

1a)添加含锑的盐溶液，搅拌并保持温度；

1b)添加含铝的盐溶液，搅拌并保持温度；

1c)添加含钾的盐溶液和含磷的盐溶液，搅拌并保持温度；

1d)添加冰醋酸，搅拌并保持温度。

进一步地，步骤1a)中，搅拌10分钟，温度控制50-55℃；步骤1b)中，温度控制50-55℃，搅拌10分钟；步骤1c)中，温度控制50-55℃，搅拌10分钟；步骤1d)中，温度控制50-55℃，搅拌30分钟。

进一步地，所述步骤1)中，高温煅烧温度为980-1100℃，煅烧3-4小时。

本发明具有以下有益技术效果：

本发明的方法在偏钛酸煅烧过程中添加几种煅烧助剂，在较高的温度条件下对偏钛酸转变成金红石型钛白粉的过程控制，达到提高钛白粉高耐候性的目的。

本发明的方法制备的钛白初品，能够满足钛白粉在涂料、造纸体系中的耐候性能的需求，在耐候、酸溶率，失光等指标上接近国外同类钛白初品的应用指标。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1-3的样品制成的纸张中耐光性比较；

图2为实施例1-2的样品制成的纸张与国外标样制成的纸张中耐光性比较。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。

本发明采用一种或多种钛白初品煅烧助剂的调整，即对偏钛酸的煅烧过程中的盐处理剂进行调整。因为煅烧助剂的加入，使得煅烧过程钛白颗粒的生长受力均匀，晶面生长不易发生缺陷，从而得到晶格完整的钛白煅烧粒子。同时通过在较高的温度条件下对偏钛酸转变成金红石型钛白粉的过程控制，达到提高钛白粉高耐候性的目的。

本发明的实施例的偏钛酸煅烧过程中使用的盐处理剂，盐处理剂包括含锑的盐溶液、含铝的盐溶液、含钾的盐溶液、含磷的盐溶液和冰醋酸。

优选地，含锑的盐溶液选自硫酸锑、氧化锑。

优选地，含铝的盐溶液选自硫酸铝、偏铝酸。

优选地，含钾的盐溶液选自氧化钾、氢氧化钾。

优选地，含磷的盐溶液选自磷酸盐、磷酸一氢盐、磷酸二氢盐的任一种。更优选地，含磷的盐溶液选自磷酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、磷酸钠、磷酸钾、六偏磷酸钠、六偏磷酸钾的任一种。

含锑的盐溶液的添加量以TiO₂计为料浆中TiO₂质量的0.1％-0.5％；含铝的盐溶液添加量以TiO₂计为料浆中TiO₂质量的0.1％-0.3％。含钾的盐溶液和含磷的盐溶液添加量以TiO₂计共为料浆中TiO₂质量的0.1％-0.3％；冰醋酸以TiO₂计为料浆中TiO₂质量的0.1％-0.3％。

本发明的实施例公开的钛白粉生产中偏钛酸煅烧工艺，依次包括如下步骤：

1)在漂白后的偏钛酸中盐处理剂形成偏钛酸悬浮液；添加盐处理剂的过程为按照以下步骤顺序添加：1a)添加含锑的盐溶液，搅拌并保持温度；1b)添加含铝的盐溶液，搅拌并保持温度；1c)添加含钾的盐溶液和含磷的盐溶液，搅拌并保持温度；1d)添加冰醋酸，搅拌并保持温度。

2)将步骤1)所得的偏钛酸悬浮液压榨去掉多余的水分，然后温度为980-1100℃的高温煅烧，煅烧3-4小时；冷却后研磨，添加三羟甲基丙烷，在气流粉碎制得金红石型钛白粉。

优选地，漂白后的偏钛酸的TiO₂浓度350±5g/L，总铁≤15ppm。

优选地，步骤1a)中，搅拌10分钟，温度控制50-55℃；步骤1b)中，温度控制50-55℃，搅拌10分钟；步骤1c)中，温度控制50-55℃，搅拌10分钟；步骤1d)中，温度控制50-55℃，搅拌30分钟。

优选地，高温煅烧可以采用螺旋杆均匀进入煅烧窑，通过调节煅烧窑的温度和速度，控制煅烧初品的生长状态；高温煅烧也可以采用石英坩埚进行煅烧。

通过步骤2)得到的金红石型钛白粉初品的晶格缺陷被大大降低，钛白初品的耐候性能明显提升。

实施例1

根据本发明示例性实施例的二氧化钛初品的制备方法包括以下步骤：

1)称量漂白后的偏钛酸1L(TiO₂浓度350±5g/L，总铁≤15PPM)；硫酸锑的添加量以TiO₂计为料浆中TiO₂质量的0.1％,搅拌10分钟，温度控制50-55℃；

2)添加硫酸铝添加量以TiO₂计为料浆中TiO₂质量的0.1％；温度控制50-55℃，搅拌10分钟；

3)添加氢氧化钾和磷酸盐添加量以TiO₂计为料浆中TiO₂质量的0.1％；温度控制50-55℃，搅拌10分钟。

4)添加冰醋酸以TiO₂计为料浆中TiO₂质量的0.1％，温度控制50-55℃，搅拌30分钟。

将该搅拌均匀的物料，放入石英坩埚中，在980℃温度下，煅烧3小时，冷却后研磨，添加TMP(三羟甲基丙烷)，在气流粉碎制得样品一。

实施例2

根据本发明示例性实施例的二氧化钛初品的制备方法包括以下步骤：

1)称量漂白后的偏钛酸1L(TiO₂浓度350±5g/L，总铁≤15PPM)；硫酸锑的添加量以TiO₂计为料浆中TiO₂质量的0.2％,搅拌10分钟，温度控制50-55℃；

2)添加含硫酸铝添加量以TiO₂计为料浆中TiO₂质量的0.2％；温度控制50-55℃，搅拌10分钟；

3)添加氢氧化钾和磷酸盐添加量以TiO₂计为料浆中TiO₂质量的0.2％；温度控制50-55℃，搅拌10分钟。

4)添加冰醋酸以TiO₂计为料浆中TiO₂质量的0.2％，温度控制50-55℃，搅拌30分钟。

将该搅拌均匀的物料，放入石英坩埚中，在1000℃温度下，煅烧3小时，冷却后研磨，添加TMP，在气流粉碎制得样品二。

实施例3

根据本发明示例性实施例的二氧化钛初品的制备方法包括以下步骤：

1)称量漂白后的偏钛酸1L(TiO₂浓度350±5g/L，总铁≤15PPM)；硫酸锑的添加量以TiO₂计为料浆中TiO₂质量的0.5％,搅拌10分钟，温度控制50-55℃；

2)添加硫酸铝添加量以TiO₂计为料浆中TiO₂质量的0.1％；温度控制50-55℃，搅拌10分钟；

3)添加氢氧化钾和磷酸添加量以TiO₂计为料浆中TiO₂质量的0.3％；温度控制50-55℃，搅拌10分钟。

4)添加冰醋酸以TiO₂计为料浆中TiO₂质量的0.3％，温度控制50-55℃，搅拌30分钟。

将该搅拌均匀的物料，放入石英坩埚中，在1100℃温度下，煅烧3小时，冷却后研磨，添加TMP，在气流粉碎制得样品一。

将实施例1～3制得的样品和国外的致密硅包膜产品标样(产品为杜邦R-930)进行耐候性对比。

耐候性评价方法

涂料的耐候性是反映涂膜耐大气老化性的一个测试项目,采用人工老化仪测试，样品按规定时间在人工加速老化仪内进行老化实验后，观察其表面变化情况，来评定其性能。

耐候性评价方法：将钛白粉添加到醇酸树脂体系中制成油漆，在样板上喷漆，自然干燥后，制备成涂料薄片，放入QUV老化机中加速老化1000小时，根据样板在CM-5色差计上测定LAB值计算ΔE值进行耐候评价；采用失光率来表征老化前后样板颜色失真的能力。失光率采用GZ-Ⅱ型电光泽计，测量角度为45°。

失光率(％)＝(老化前的光泽-老化后的光泽)÷老化前的光泽×100

表1：国外高耐候钛白标样与本发明的实施例1-3的钛白粉样品制成漆膜样板进行耐候性能比较

通过表1的数据可以看出，本发明的实施例1-3制得样品在耐候、酸溶率、失光等指标上接近国外标样产品的应用指标。

光稳定性是指二氧化钛曝露于光时的抗降解能力。

表2给出了实施例1-3与国外标样的样板照射前后的L、a、b值及ΔE。

表2样板照射前后的L、a、b值及ΔE

从表2中的数据可以看出，实施例1-3方法生产的钛白粉耐光性要好于国外造纸专用钛白粉的耐光性。

实施例1-3在纸张中耐光性比较如图1所示，可以看出实施例1-3的纸张均未变色或失去光泽。实施例1-2与国外标样在纸张中耐光性比较如图2所示，可以看出实施例1-2与国外标样的纸张均未变色或失去光泽。

国外的致密硅包膜产品标样在钛白粉的表面包覆一层致密的二氧化硅膜。实施例1-3通过克服钛白颗粒本身的晶体缺陷来提高耐候性。从上述结果可以看出，本发明的实施例1-3不采用致密硅包膜的方式同样能够获得高耐候性的产品。

以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种偏钛酸煅烧过程中使用的盐处理剂，其特征在于，所述盐处理剂包括含锑的盐溶液、含铝的盐溶液、含钾的盐溶液、含磷的盐溶液和冰醋酸。

2.根据权利要求1所述的偏钛酸煅烧过程中使用的盐处理剂，其特征在于，含锑的盐溶液选自硫酸锑、氧化锑；含铝的盐溶液选自硫酸铝、偏铝酸；含钾的盐溶液选自氧化钾、氢氧化钾；含磷的盐溶液选自磷酸盐、磷酸一氢盐、磷酸二氢盐的任一种。

3.根据权利要求2所述的偏钛酸煅烧过程中使用的盐处理剂，其特征在于，含磷的盐溶液选自磷酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、磷酸钠、磷酸钾、六偏磷酸钠、六偏磷酸钾的任一种。

4.根据权利要求1所述的偏钛酸煅烧过程中使用的盐处理剂，其特征在于，含锑的盐溶液的添加量以TiO₂计为料浆中TiO₂质量的0.1％-0.5％；含铝的盐溶液添加量以TiO₂计为料浆中TiO₂质量的0.1％-0.3％。

5.根据权利要求1所述的偏钛酸煅烧过程中使用的盐处理剂，其特征在于，含钾的盐溶液和含磷的盐溶液添加量以TiO₂计共为料浆中TiO₂质量的0.1％-0.3％；冰醋酸以TiO₂计为料浆中TiO₂质量的0.1％-0.3％。

6.一种钛白粉生产中偏钛酸煅烧工艺，其特征在于，依次包括如下步骤：

1)在漂白后的偏钛酸中添加权利要求1-6任一项所述的盐处理剂形成偏钛酸悬浮液；

2)将步骤1)所得的偏钛酸悬浮液压榨去掉多余的水分，然后高温煅烧，冷却后研磨，添加三羟甲基丙烷，在气流粉碎制得金红石型钛白粉。

7.根据权利要求6所述的钛白粉生产中偏钛酸煅烧工艺，其特征在于，漂白后的偏钛酸的TiO₂浓度350±5g/L，总铁≤15ppm。

8.根据权利要求6所述的钛白粉生产中偏钛酸煅烧工艺，其特征在于，所述步骤1)的添加盐处理剂的过程为按照以下步骤顺序添加：

1a)添加含锑的盐溶液，搅拌并保持温度；

1b)添加含铝的盐溶液，搅拌并保持温度；

1c)添加含钾的盐溶液和含磷的盐溶液，搅拌并保持温度；

1d)添加冰醋酸，搅拌并保持温度。

9.根据权利要求8所述的钛白粉生产中偏钛酸煅烧工艺，其特征在于，步骤1a)中，搅拌10分钟，温度控制50-55℃；步骤1b)中，温度控制50-55℃，搅拌10分钟；步骤1c)中，温度控制50-55℃，搅拌10分钟；步骤1d)中，温度控制50-55℃，搅拌30分钟。

10.根据权利要求8所述的钛白粉生产中偏钛酸煅烧工艺，其特征在于，所述步骤1)中，高温煅烧温度为980-1100℃，煅烧3-4小时。

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