CN1415548A - 用双效晶种法生产金红石型钛白粉的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种用双效晶种法生产金红石型钛白粉的方法,通过培制双效晶种,在钛液水解步骤时加入培制的双效晶种,该晶种首先做为偏钛酸水解粒子的晶核出现,其后又在煅烧过程中,作为金红石型相变的晶核,以达到在较低的温度下快速相变的目的。晶种中含有SnO2成份,再与Zn2+、k+相配合,SnO2占TiO2含量的4-7%,使TiO2由锐钛相低温快速地变成金红石相,解决了硫酸法生产金红石型钛白粉相变难的问题。本发明降低了煅烧温度,降低了成本,提高了产量,可使原有的厂家既能生产锐态型钛白粉又能生产金红石型钛白粉,有利于老企业的技术改造和提升我国钛白工业的技术水平,增强国际竞争力。
Description
所属技术领域
本发明涉及硫酸法生产金红石型钛白粉的工艺,特别是一种用双效晶种法生产金红石型钛白粉的方法,通过培制双效晶种,在硫酸法生产锐钛型钛白粉工艺中,在钛液水解步骤时加入培制的双效晶种,该晶种首先做为偏钛酸水解粒子的晶核出现,其后又在煅烧过程中,作为金红石型相变的晶核,以达到在较低的温度下快速相变的目的。
背景技术
我国钛铁矿资源极为丰富,钛白粉生产所用工艺基本上采取硫酸法,绝大多数厂家仅能生产附加值低、市场处于近饱和状态的锐态型产品。而金红石型二氧化钛折射率为2.73,在白色染料中为最高的,其遮盖率高、着色力好、光化学性能稳定,是应用最广泛的白色颜料,用于涂料、塑料、造纸、化学纤维、油墨、搪瓷各领域,市场需求量很大,基本上依靠购买美国、日本的产品来满足国内市场的需要,每年须花费大量外汇。
国内个别厂家虽然也能生产金红石型钛白粉,但煅烧温度高(1000℃),时间长(9小时),成本高、产量低,成为制约该产品生产的瓶颈之一。
发明内容
本发明旨在提供一种用双效晶种法生产金红石型钛白粉的方法,本发明可以克服已有技术的缺点,降低煅烧温度,使金红石的相变低温快速,降低了成本,提高产量,有利于老企业的技术改造和提升我国钛白工业的技术水平,增强国际竞争力。
本发明用双效晶种法生产金红石型钛白粉的方法,主要包括下述步骤:钛铁矿硫酸酸解、冷却、结晶、分离、过滤、水解、过滤、盐处理、焙烧、粉碎、分级、表面处理、干燥和粉碎,其特征是:
(1)钛铁矿用硫酸酸解获得钛液,过滤提纯、水解时在70-80℃加入含SnO2的双效晶种悬浮液,SnO2占TiO2含量的4-7%,搅拌,110℃下煮沸3小时;
(2)过滤,洗涤,控制Fe2+、Fe3+<0.003%,烘干获得偏钛酸粉;
(3)偏钛酸粉与氯化锌和硝酸钾制成悬浮液,氯化锌占偏钛酸干粉量的0.4-0.7%,硝酸钾占偏钛酸干粉量的0.1-0.5%,抽滤、烘干后获得干粉;
(4)由(3)获得的干粉中含SnO2的量在4-7%,于500℃下保温40分钟,870℃下焙烧,保温3-6小时即可。
所述的含SnO2的晶种悬浮液制备方法是:
用钛盐溶液含TiO2的量在0.01-0.20g/ml之间100份,70-90℃下,与4%--7%的NH4OH溶液混合反应,搅拌,调PH值在0.5-1.5之间,保温20-40分钟;加入50-200份浓度在0.01-0.20g/ml的SnCl22H2O溶液,用NH4OH溶液调PH值到2.5,加入H2O2以保证Sn2+变为Sn4+,保温20-40分钟,放置4小时,吸走上部清液,获得晶种的悬浮液,晶种粒子的大小在2.5-3nm之间,基本上为单粒级分布,见图1。
所述的钛盐可以是TiCl4、Ti(SO4)2或Ti(NO3)4。
所述的钛液1000ml中含TiO2的量在0.10-0.25g/ml之间,Fe2+:25-35g/L,Fe/TiO2=0.156,有效酸:400-500g/L,钛液酸度系数(F值)为2。
所述的盐是ZnCl2、MgCl2或CaCl2和KNO3。
本发明可以克服已有技术的缺点,由于SnO2为单一的金红石型结构,煅烧时SnO2作为金红石型TiO2的晶核出现,成核容易;再加上盐(例如Zn2+离子)的引入,造成O2-的空位,使离子的迁移速度大大加快。在870℃保温3-6小时即可转化为金红石型二氧化钛,如图2所示。本发明降低了煅烧温度,金红石的相变低温快速,降低了成本,提高产量。在原有生产锐态型钛白粉工艺中,充分利用原有的设备,再增加有限的粉碎、分级、包膜设备后,就可使原有的厂家,既能生产锐态型钛白粉又能生产金红石型钛白粉。有利于老企业的技术改造和提升我国钛白工业的技术水平,增强国际竞争力。
附图说明
图1 晶种的透射电镜图。
图2 SnO2含量为7%时,二氧化钛X-衍射图。
图3 SnO2含量为3%时,二氧化钛X-衍射图。
具体实施方式
实施例1:
取TiOCl2溶液(浓度:含TiO20.160g/ml)60份,搅动下,与120份NH4OH(浓度5N)溶液加入反应器中,调PH值小于1.5,保温20分钟;加入200份的SnCl22H2O溶液(浓度为0.153g/ml),调PH值到2.5,加入H2O2以保证Sn2+变为Sn4+,保温半小时,再静放4小时,吸去上部清液,获得晶种的悬浮液。
取1500ml生产锐态型钛白粉所用的钛液,于70℃加入上述制备的晶种悬浮液,110℃下煮沸3小时,水洗,控制Fe2+、Fe3+的含量小于0.003%,抽滤、烘干,获得偏钛酸粉。
盐处理引入杂质离子:以偏钛酸干粉∶KNO3∶ZnCl2∶H2O=100∶0.34∶0.6∶100的比例混合均匀。抽滤,烘干。
煅烧:在500℃下保温40分钟,870℃下保温3小时,全部转化为金红石型二氧化钛,结果如图2所示,图2是SnO2含量为7%时,二氧化钛X-衍射图。
实施例2:
取TiOCl2溶液(浓度:含TiO20.160g/ml)60份,搅动下,与120份NH4OH(浓度5N)溶液加入反应器中,调PH值小于1.5,保温20分钟;取SnCl22H2O溶液(浓度为0.153g/ml)150份加入,调PH值到2.5,加入H2O2以保证Sn2+变为Sn4+。加完后保温半小时,再静放4小时,吸去上部清液,获得晶种的悬浮液。
取1500ml生产锐态型钛白粉所用的钛液,于80℃加入上述制备的晶种悬浮液,在110℃下煮沸3小时,水洗,控制Fe2+、Fe3+的含量小于0.003%,抽滤、烘干,获得偏钛酸粉。
盐处理引入杂质离子:以偏钛酸干粉∶KNO3∶ZnCl2∶H2O=100∶0.34∶0.6∶100的比例混合均匀。抽滤,洗涤,烘干。
煅烧:在500℃下保温40分钟,在870℃下保温5小时,金红石型二氧化钛的转化率为95%,结果如图3所示,图3 SnO2含量为3%时,二氧化钛X-衍射图。
实施例3:
取TiOCl2溶液(浓度:含TiO20.160g/ml)60份,搅动下,与120份NH4OH(浓度5N)溶液加入反应器中,调PH值小于1.5,保温20分钟;取SnCl22H2O溶液(浓度为0.153g/ml)150份加入,用NH4OH调PH值至2.5,加入H2O2以保证Sn2+变为Sn4+。加完后保温半小时,再静放4小时,吸去上部清液,获得晶种的悬浮液。
取1500ml生产锐态型钛白粉所用的钛液,于80℃加入上述制备的晶种悬浮液,在110℃下煮沸3小时,水洗,控制Fe2+、Fe3+的含量小于0.003%,抽滤、烘干,获得偏钛酸粉。
煅烧:在500℃下保温40分钟,在870℃下保温6小时,金红石型二氧化钛的转化率为80%。
Claims (6)
1、一种用双效晶种法生产金红石型钛白粉的方法,主要包括下述步骤:钛铁矿硫酸酸解、冷却、结晶、分离、过滤、水解、过滤、盐处理、焙烧、粉碎、分级、表面处理、干燥和粉碎,其特征在于:
(1)钛铁矿用硫酸酸解获得钛液,过滤提纯、水解时在70-80℃加入含SnO2的晶种悬浮液,搅拌,110℃下煮沸3小时;
(2)过滤,洗涤,控制Fe2+、Fe3+<0.003%,烘干获得偏钛酸粉;
(3)偏钛酸粉与氯化锌和硝酸钾制成悬浮液,氯化锌占偏钛酸干粉量的0.4-0.7%,硝酸钾占偏钛酸干粉量的0.1-0.5%,抽滤、烘干后获得干粉;
(4)500℃下保温40分钟,870℃下焙烧,保温3-6小时即可。
2、按照权利要求1所述的双效晶种法生产金红石型钛白粉的方法,其特征在于所述的晶种SnO2占TiO2含量的4-7%。
3、按照权利要求1所述的双效晶种法生产金红石型钛白粉的方法,其特征在于所述的含SnO2的晶种悬浮液制备方法是:
用钛盐溶液含TiO2的量在0.01-0.20g/ml之间100份,70-90℃下,与4%-7%的NH4OH溶液反应,搅拌,调PH值在0.5-1.5之间,保温20-40分钟;加入50-200份浓度在0.01-0.20g/ml的SnCl22H2O溶液,用NH4OH溶液调PH值到2.5,加入H2O2以保证Sn2+变为Sn4+,保温20-40分钟,放置4小时,吸走上部清液,获得晶种的悬浮液,晶种粒子的大小在2.5-3nm之间。
4、按照权利要求3所述的含SnO2的晶种悬浮液制备方法,其特征在于所述的钛盐可以是TiCl4、Ti(SO4)2或Ti(NO3)4。
5、按照权利要求1所述的用双效晶种法生产金红石型钛白粉的方法,其特征在于所述的钛液1000ml中含TiO2的量在0.10-0.25g/ml之间,Fe2+:25-35g/L,Fe/TiO2=0.156,有效酸:400-500g/L,钛液酸度系数(F值)为2。
6、按照权利要求1所述的双效晶种法生产金红石钛白粉的方法,其特征在于所述的盐是ZnCl2、MgCl2或CaCl2和KNO3。
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