專利名稱：一種制備金紅石型鈦白粉的水解方法
技術領域：
本發(fā)明涉及化工領域，更具體地講，涉及一種在硫酸法生產(chǎn)鈦白粉的生產(chǎn)工藝中
制備粒度分布較窄且能夠作為優(yōu)質顏料的金紅石型鈦白的水解方法。
背景技術：
在硫酸法生產(chǎn)鈦白粉的生產(chǎn)工藝中，決定鈦白產(chǎn)品質量的主要因素是水解工藝的 選擇，水解即為水合二氧化鈦的制造過程(即鈦液的水解與沉析)。目前，一般采用自生晶 種常壓熱水解工藝或外加晶種常壓熱水解工藝。在水解的過程中，水解晶種的晶種數(shù)量、質 量、粒度及其大小分布情況，是決定水合二氧化鈦粒子的形狀、粒度及其分布的關鍵因素， 進而決定了經(jīng)后期處理制得的鈦白粉粒度分布及顏料性能。 在兩種水解工藝中，自生晶種水解工藝的操作復雜，對水解過程參數(shù)操作要求嚴 格，對鈦液濃度要求高，且產(chǎn)品批次間質量波動較大。與自生晶種水解工藝相比，外加晶種 水解工藝具有水解操作簡單、晶種質量穩(wěn)定、產(chǎn)品批次間質量波動不大、水解鈦液濃度要求 不高等優(yōu)點，是一種較自生晶種水解工藝更加先進的水解工藝。但是，外加晶種水解工藝最 關鍵之一就是要制備適合鈦液水解的晶種，且外加晶種的制備工藝較為復雜，晶種活性較 難表征，因此需要單獨的晶種制備工藝，而晶種制備工藝的成本較高?！垛伆追鄣纳a(chǎn)與環(huán)境治理》(北京化學工業(yè)出版社，2000， p115 119)在自生 晶種水解工藝中，提到初期加入的鈦液先混濁后又出現(xiàn)相對透明，是起晶種和結晶中心作 用的膠體沉淀物被分散到鈦液之中，其數(shù)量和質量對后期產(chǎn)品質量起到?jīng)Q定性作用。郝琳 在《二氧化鈦水解過程中的系統(tǒng)研究及優(yōu)化》一文中探究了在自生晶種水解過程中，加料速 率對晶種數(shù)量和活性、最終晶體尺寸以及產(chǎn)品粒度分步的影響。在該文中提到，當?shù)姿繛?110mL，加料速率為0. 5mL/min時，晶種的活性最高，最初反應速率較快，水解產(chǎn)物經(jīng)XRD粉 末衍射儀分析，采用Scherrer公式計算得到，最終水和二氧化鈦微晶體為8. 5nm，此時，水 解產(chǎn)物的粒度分布最為均勻。向斌、李念兵、張勝濤等人在《硫酸氧鈦水解影響因素的研究》 (西南師范大學學報(自然科學版)，第29巻，(2) ， p241 242) —文中，公開了用加熱延 遲時間(加完鈦液后不立即加熱升溫鈦液)的方法來控制偏鈦酸的粒度分布，使其更加均 勻。該方法的核心是先使晶種均勻地分布在鈦液中，然后再進行誘導水解。
然而，上述水解方法都采用鈦液自生晶種的方式進行水解，不能較好地控制水解 晶種的質量、數(shù)量以及粒度；且水解操作較為復雜。所得到的水解偏鈦酸粒度分布較寬，成 品鈦白顏料性能較低。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的在于，在現(xiàn)有硫酸法水解工藝的技術基礎上，提供一種用 TiCl4熱水解后作為鈦液水解晶種的新型水解方法。
本發(fā)明提供了一種制備鈦白粉的水解方法，該方法包括以下步驟
a、將一定量的去離子水作為底水加入到水解鍋中，并預熱至一定溫度；
b、將一定濃度的TiCl4水溶液加入到底水中；
C、將預熱的鈦液緩慢加入到水解鍋中； d、在一定時間內將體系加熱至第一沸點，維持體系呈微沸狀態(tài)，當水解體系呈鋼 灰色時，停止加熱和攪拌一段時間； e、繼續(xù)加熱攪拌至第二沸點，維持體系呈微沸狀態(tài)； f 、向體系緩慢勻速補充去離子水，并維持體系微沸直至水解反應結束。 在本發(fā)明的制備鈦白粉的水解方法中，在步驟a中，加入的底水量與將要參與水
解的鈦液總量的體積比在l : 3 1 : 6之間，將底水預熱至8(TC 95t:的溫度，優(yōu)選地，
去離子水加量與水解鈦液體積比在i : 4 i : 5.5之間。在步驟b中，TiCl4水溶液的濃度以鈦液中的Ti02計為200g/L 450g/L， TiCl4水
溶液的加入量為總鈦液體加入量的0. 5% 5. 0% (體積)，反應的時間為10min 60min，
優(yōu)選地，TiCl4水溶液的加入量為總鈦液體加入量的1. 0% 4. 0% (體積)。 在步驟c中，鈦液為鈦礦鈦液或渣礦混合鈦液，鈦液的濃度以Ti02計為180g/L
230g/L，鈦液的預熱溫度為70°C 90。C，加入鈦液的時間為10min 25min。在步驟d中，將體系加熱至第一沸點，升溫速率為0. 7°C /min 1. 5°C /min，停止
加熱和攪拌的時間為20min 50min。 在步驟e中，加熱至第二沸點的升溫速率為1°C /min 2. 5°C /min。
在步驟f中，補充去離子水的開始時間為體系的溫度達到第二沸點后30min 60min，補充的去離子水量為使最終鈦液的總鈦濃度在165± 10g/L范圍內。在步驟f中，水 解反應結束時間為升溫至第二沸點后2. 5h 4. 0h。 因此，本發(fā)明通過加入TiCl4水溶液熱水解后作為水解晶種來控制水解整個過程， 能夠獲得適宜的粒度大小和窄的粒徑分布的偏鈦酸，且能夠得到高品質的金紅石型鈦白產(chǎn) 品。因此，根據(jù)本發(fā)明的制取鈦白粉的水解方法工藝簡單可控、成本低、易于實施，具有較大 的經(jīng)濟效益和社會效益。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例1制得的水解偏鈦酸漿料的粒度分布圖。 圖2是由本發(fā)明的實施例1制得的水解偏鈦酸漿料得到的鈦白粉的粒度分布圖。 圖3是由本發(fā)明的實施例1制得的水解偏鈦酸漿料得到的鈦白粉的金紅石含量圖譜。 圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例2制得的水解偏鈦酸漿料的粒度分布圖。 圖5是由本發(fā)明的實施例2制得的水解偏鈦酸漿料得到的鈦白粉的粒度分布圖。 圖6是由本發(fā)明的實施例2制得的水解偏鈦酸漿料得到的鈦白粉的金紅石含量圖譜。 圖7是根據(jù)本發(fā)明的實施例3制得的水解偏鈦酸漿料的粒度分布圖。 圖8是由本發(fā)明的實施例3制得的水解偏鈦酸漿料得到的鈦白粉的粒度分布圖。 圖9是由本發(fā)明的實施例3制得的水解偏鈦酸漿料得到的鈦白粉的金紅石含量圖譜。 圖10是根據(jù)本發(fā)明的實施例4制得的水解偏鈦酸漿料的粒度分布圖。
圖11是由本發(fā)明的實施例4制得的水解偏鈦酸漿料得到的鈦白粉的粒度分布圖。
圖12是由本發(fā)明的實施例4制得的水解偏鈦酸漿料得到的鈦白粉的金紅石含量 圖譜。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種制備優(yōu)質鈦白粉的水解技術，其主要工藝路線如下依次將底 水，TiCl4水溶液和鈦液加入到水解鍋中，將體系加熱至沸騰，沸騰一定時間后，停止對體系 的加熱和攪拌一定時間，最后再次加熱至沸騰，并保持體系微沸一定時間直至水解結束。
根據(jù)本發(fā)明的制備鈦白粉的水解技術包括以下步驟 (1)將適量的去離子水作為底水加入到水解鍋中，并將底水預熱至80°C 95°C， 其中，去離子水的加入量與將要水解鈦液的總量的體積比在l : 3 1 : 6之間，優(yōu)選地在
i : 4 i : 5.5之間； (2)在充分攪拌狀態(tài)下將預熱的TiCl4水溶液緩慢加入到底水中，加入后保持此狀 態(tài)20min 60min，從而使TiCl4水溶液與水反應生成TiOCl2，在加熱的情況下，TiOCl2生 成具有金紅石微晶的水解晶種。在本發(fā)明的一個實施例中，預熱的TiCh水溶液的濃度為 200g/L 450g/L(以鈦液中的Ti02計)，TiCl4水溶液的加入量為水解鈦液總量的0. 5% 5. 0% (體積)，優(yōu)選地，TiCl4水溶液的加入量為水解鈦液總量的1. 0% 4. 0% (體積)；
(3)在充分攪拌狀態(tài)下將預熱的水解鈦液(例如為鈦礦鈦液或渣礦混合鈦液)緩 慢地加入到體系中，以加入鈦液進行水解。在這里，水解鈦液的預熱溫度為70°C 9(TC，鈦 液的濃度為180g/L 230g/L(以Ti02計)，鈦液的加入量為底水體積的4 5. 5倍，鈦液 加入時間為lOmin 25min ; (4)加料完畢后以0. 7°C /min 1. 5°C /min的升溫速率逐步升溫至第一沸點(即 104士2t:，沸點隨著水解鈦液濃度的高低而略有變化)以加快水解速率，其后保持體系微 沸； (5)待水解體系變?yōu)殇摶疑?即，變灰點)后，停止加熱和攪拌20min 50min，然 后再在攪拌狀態(tài)下升溫至第二沸點(即106士2t:，沸點隨著水解鈦液濃度得高低而略有變 化)，其升溫速率為1°C /min 2. 5°C /min，并維持微沸狀態(tài)。在這里，水解體系變灰后再 進行熟化是為了使水解粒子在溫和的條件下逐漸長大，再升溫到第二沸點是為了水解粒子 進一步的長大、沉淀； (6)升溫至第二沸點30min 60min后向體系緩慢勻速補充去離子水，以提高水解
率，控制最終鈦液總鈦濃度在165±10g/L范圍內，并維持微沸直至水解結束； (7)在體系溫度達到第二次沸點后2. 5h 4. Oh水解結束，對水解料進行酸洗、漂
白、水洗、鹽處理、煅燒、粉碎即得到產(chǎn)品。 在這里，需要指出的是，在步驟(3)中加入的水解鈦液可以是鈦礦鈦液或渣礦鈦 液，鐵礦鈦液即為鈦鐵礦酸解后的鈦液，渣礦鈦液即為酸溶性鈦渣和鈦鐵礦分別酸解后的 混合鈦液。 以下結合實施例對本發(fā)明作進一步的闡述。下面的具體實施例僅用于說明本發(fā)
明，而不是以任何方式來限制本發(fā)明。
實施例1
5
將250mL(毫升)去離子水作為底水加入到水解鍋中，并將底水預熱至8(TC，在充 分攪拌狀態(tài)下將10mL濃度為250g/L的TiCl4水溶液緩慢地加入到底水中，加入后使其反 應20min。反應完畢后，將預熱溫度為75t:、濃度為200g/L(以Ti02計)UOOOmL的鈦礦鈦 液在15min內勻速加入到水解鍋中。加料完畢后將水解體系升溫到第一沸點(104tO，保 持升溫速率為0. 7°C /min，其加熱時間為22min，維持體系呈微沸狀態(tài)。待體系變?yōu)殇摶疑?時(即變灰點)，停止加熱和攪拌，熟化23min。熟化完畢后在攪拌狀態(tài)下將體系升溫至第 二沸點(105°C )，保持升溫速率為l.(TC /min，其加熱時間為14min，并維持體系呈微沸狀 態(tài)。從體系達到第二沸點35min后向體系勻速加入去離子水160mL，以稀釋鈦液濃度促進水 解反應繼續(xù)進行，至2. 8h后結束水解，得到偏鈦酸漿料。 將所得水解偏鈦酸漿料進行酸洗、漂白、水洗、鹽處理、煅燒、粉碎，得到產(chǎn)品鈦白 粉。 所得水解偏鈦酸漿料的粒度分布如圖1所示。由圖1可知，所得偏鈦酸的平均粒 徑為751nm，半峰寬為107nm，峰1峰值粒徑為699nm，這表明所得漿料由粒徑分布窄的水合 二氧化鈦粒子構成。 所得鈦白粉的粒度分布如圖2所示。由圖2可知，所得鈦白產(chǎn)品的平均粒徑為 250nm，半峰寬為74. 4nm，峰1峰值粒徑為242nm，多分散指數(shù)0. 225，這表明所得鈦白粉的 粒徑分布很窄。經(jīng)XRD分析，測得鈦白粉的金紅石含量如圖3所示，其金紅石含量> 99%。 經(jīng)顏料性能測試，測得鈦白粉的消色力(TCS)為1790，亮度(Jasn)為94. 4。
實施例2 將200mL去離子水作為底水加入水解鍋中，并將底水預熱至9(TC，在充分攪拌狀 態(tài)下將20mL濃度為200g/L的TiCl4水溶液緩慢地加入到底水中，加入后使其反應40min。 反應完畢后，將預熱溫度為9(TC、濃度為180g/L(以Ti02計)、1000mL的渣礦混合鈦液在 10min內勻速加入到水解鍋中。加料完畢后將水解體系升溫到第一沸點(102tO，保持升 溫速率為1°C /min，其加熱時間為19min，維持體系呈微沸狀態(tài)。待體系變?yōu)殇摶疑珪r(即 變灰點)，停止加熱和攪拌，熟化50min。熟化完畢后在攪拌狀態(tài)下將體系升溫至第二沸點 (104°C )，保持升溫速率為2. 5°C /min，其加熱時間為8min，并維持體系呈微沸狀態(tài)。從體 系達到第二沸點60min后向體系勻速加入去離子水155mL，以稀釋鈦液濃度促進水解反應 繼續(xù)進行，至2. 5h后結束水解，得到偏鈦酸漿料。 將所得水解偏鈦酸漿料進行酸洗、漂白、水洗、鹽處理、煅燒、粉碎，得到產(chǎn)品鈦白 粉。 所得水解偏鈦酸漿料的粒度分布如圖4所示。由圖4可知，所得偏鈦酸的平均粒 徑為744nm，半峰寬為112nm，峰1峰值粒徑為735nm，這表明所得偏鈦酸槳料由粒徑分布窄 的水合二氧化鈦粒子構成。 所得鈦白粉的粒度分布如圖5所示。由圖5可知，所得鈦白產(chǎn)品的平均粒徑為 259nm，半峰寬為87nm，峰1峰值粒徑為267nm，多分散指數(shù)O. 219，這表明所得鈦白粉的粒徑 分布很窄。經(jīng)XRD分析，測得鈦白粉的金紅石含量如圖6所示，其金紅石含量〉99X。經(jīng)顏 料性能測試，測得鈦白粉的消色力(TCS)為1750，亮度(Jasn)為94. 3。
實施例3 將222mL去離子水作為底水加入到水解鍋中，并將底水預熱至95。C，在充分攪拌狀態(tài)下將30mL濃度為450g/L的TiCl4水溶液緩慢地加入到底水中，加入后使其反應35min。 反應完畢后，將預熱溫度為7(TC、濃度為220g/L(以Ti02計)UOOOmL的渣礦混合鈦液在 25min內勻速加入水解鍋中。加料完畢后將水解體系升溫到第一沸點(104tO，保持升溫 速率為1. 5°C /min，其加熱時間為16min，維持體系呈微沸狀態(tài)。待體系變?yōu)殇摶疑珪r(即 變灰點)，停止加熱和攪拌，熟化20min。熟化完畢后在攪拌狀態(tài)下將體系升溫至第二沸點 (108°C )，保持升溫速率為2. 3°C /min，其加熱時間為10min，并維持體系呈微沸狀態(tài)。從體 系達到第二沸點55min后向體系勻速加入去離子水153mL，以稀釋鈦液濃度促進水解反應 繼續(xù)進行，至3. 5h后結束水解，得到偏鈦酸漿料。 將所得水解偏鈦酸漿料進行酸洗、漂白、水洗、鹽處理、煅燒、粉碎，得到產(chǎn)品鈦白 粉。 所得水解偏鈦酸漿料的粒度分布如圖7所示。由圖7可知，所得偏鈦酸漿料的平 均粒徑為721nm，半峰寬為91. 5nm，峰1峰值粒徑為657nm，這表明所得偏鈦酸槳料由粒徑分 布窄的水合二氧化鈦粒子構成。 所得鈦白粉的粒度分布如圖8所示。由圖8可知，所得鈦白產(chǎn)品的平均粒徑為
256nm，半峰寬為82. 5nm，峰1峰值粒徑為273nm，多分散指數(shù)0. 140，這表明所得鈦白粉的
粒徑分布很窄。經(jīng)XRD分析，測得鈦白粉的金紅石含量如圖9所示，其金紅石含量〉99%。
經(jīng)顏料性能測試，測得鈦白粉的消色力 (TCS)為1750，亮度(Jasn)為94. 4。 實施例4 將181.8mL去離子水作為底水加入到水解鍋中，并將底水預熱至92t:，在充分攪 拌狀態(tài)下將40mL濃度為350g/L的TiCl4水溶液緩慢地加入到底水中，加入后使其反應 60min。反應完畢后，將預熱溫度為9(TC、濃度為230g/L(以Ti02計)、1000mL的鈦礦鈦液 在19min內勻速加入水解鍋中。加料完畢后將水解體系升溫到第一沸點(106°C )，保持升溫 速率為1. 3°C /min，其加熱時間為15min，維持體系呈微沸狀態(tài)。待體系變?yōu)殇摶疑珪r(即 變灰點)，停止加熱和攪拌，熟化43min。熟化完畢后在攪拌狀態(tài)下將體系升溫至第二沸點 (107°C )，保持升溫速率為4°C /min，其加熱時間為5min，并維持體系呈微沸狀態(tài)。從體系 達到第二沸點30min后向體系勻速加入去離子水150mL，以稀釋鈦液濃度促進水解反應繼 續(xù)進行，至4h后結束水解，得到偏鈦酸漿料。 將所得水解偏鈦酸漿料進行酸洗、漂白、水洗、鹽處理、煅燒、粉碎，得到產(chǎn)品鈦白 粉。 所得偏鈦酸漿料的粒度分布如圖10所示。由圖10可知，所得偏鈦酸漿料的平均 粒徑為682nm，半峰寬為98. 2nm，峰1峰值粒徑為646nm，這表明所得槳料為粒徑分布窄的水 合二氧化鈦粒子構成。 所得鈦白粉的粒度分布如圖11所示。由圖11可知，所得鈦白產(chǎn)品的平均粒徑為 262nm，半峰寬為88. lnm，峰1峰值粒徑為266nm，多分散指數(shù)0. 189，這表明所得鈦白的粒徑 分布很窄。經(jīng)XRD分析，測得鈦白粉的金紅石含量如圖12所示，其金紅石含量>99%。經(jīng) 顏料性能測試，測得其消色力(TCS)為1720，亮度(Jasn)為94. 2。 由圖1、圖4、圖7和圖IO可知，采用本發(fā)明的制備鈦白粉的水解方法能夠獲得適 宜的粒度大小和窄的粒徑分布的水解產(chǎn)物(即偏鈦酸漿料)。由圖2、圖5、圖8和圖11可知，采用本發(fā)明的制備鈦白粉的水解方法能夠獲得粒度分布窄、顏料性能好的鈦白產(chǎn)品。
因此，本發(fā)明的優(yōu)點在于通過加入TiCl4水溶液熱水解后作為水解晶種來控制水 解整個過程，最終獲得適宜的粒度大小和窄的粒徑分布的偏鈦酸，且能得到高品質的金紅 石型鈦白產(chǎn)品。因此，根據(jù)本發(fā)明的制取鈦白粉的水解方法工藝簡單可控、成本低、易于實 施，具有較大的經(jīng)濟效益和社會效益。
8
權利要求
一種制備金紅石型鈦白粉的水解方法，所述水解方法包括步驟a、將一定量的去離子水作為底水加入到水解鍋中，并預熱至一定溫度；b、將一定濃度的TiCl4水溶液加入到底水中；c、將預熱的鈦液加入到水解鍋中；d、在一定時間內將體系加熱至第一沸點，維持體系呈微沸狀態(tài)，當水解體系呈鋼灰色時，停止加熱和停止攪拌一段時間；e、繼續(xù)加熱攪拌至第二沸點，維持體系呈微沸狀態(tài)；f、向體系緩慢勻速補充去離子水，并維持體系微沸直至水解反應結束。
2. 如權利要求l所述的水解方法，其特征在于在步驟a中，加入的底水量與水解鈦液的 總量的體積比在l : 3 1 : 6之間，將底水預熱至80。C 95。C的溫度。
3. 如權利要求2所述的水解方法，其特征在于在步驟a中，加入的底水量與水解鈦液的 總量的體積比在l : 4 1 : 5. 5之間。
4. 如權利要求1所述的水解方法，其特征在于在步驟b中，TiCl4水溶液的濃度以鈦液 中的Ti02計為200g/L 450g/L， TiCl4水溶液的加入量為總鈦液體加入量的0. 5% 5. 0% (體積)，反應的時間為10min 60min。
5. 如權利要求4所述的水解方法，其特征在于在步驟b中，TiCh水溶液的加入量為總 鈦液體加入量的1. 0% 4. 0% (體積)。
6. 如權利要求1所述的水解方法，其特征在于在步驟c中，鈦液為鈦礦鈦液或渣礦混合 鈦液，鈦液的濃度以Ti02計為180g/L 230g/L，鈦液的預熱溫度為70°C 90°C ，加入鈦液 的時間為10min 25min。
7. 如權利要求1所述的水解方法，其特征在于在步驟d中，將體系加熱至第一沸點，升 溫速率為0. 7°C /min 1. 5°C /min，停止加熱和停止攪拌的時間為20min 50min。
8. 如權利要求1所述的水解方法，其特征在于在步驟e中，加熱至第二沸點的升溫速率 為1°C /min 2. 5°C /min。
9. 如權利要求1所述的水解方法，其特征在于在步驟f中，補充去離子水的開始時間為 體系的溫度達到第二沸點后30min 60min，補充的去離子水量為使最終鈦液的總鈦濃度 在165±10g/L范圍內。
10. 如權利要求1所述的水解方法，其特征在于在步驟f中，水解反應結束時間為升溫 至第二沸點后2. 5h 4. Oh。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制備金紅石型鈦白粉的水解方法。制備金紅石型鈦白粉的水解方法包括加入底水并預熱至一定溫度；將一定濃度的TiCl4水溶液加入到底水中；將預熱的鈦液緩慢加入到水解鍋中；將體系加熱至第一沸點，維持體系呈微沸狀態(tài)，當水解體系呈鋼灰色時，停止加熱和攪拌一段時間；繼續(xù)加熱攪拌至第二沸點，維持體系呈微沸狀態(tài)；向體系緩慢勻速補充去離子水，并維持體系微沸直至水解反應結束。根據(jù)本發(fā)明，能夠獲得適宜的粒度大小和窄的粒徑分布的偏鈦酸，且能夠得到高品質的鈦白產(chǎn)品。因此，根據(jù)本發(fā)明的制取鈦白粉的水解方法工藝簡單可控、成本低且易于實施。
文檔編號C01G23/053GK101700907SQ200910222310
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月13日 優(yōu)先權日2009年11月13日
發(fā)明者李禮, 杜劍橋, 程曉哲, 羅志強, 陳新紅, 馬維平 申請人:攀鋼集團研究院有限公司;攀枝花新鋼釩股份有限公司;攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司