CN101309865B - 生产冲刷介质的方法及这种介质在生产金红石型二氧化钛的方法中的用途 - Google Patents

生产冲刷介质的方法及这种介质在生产金红石型二氧化钛的方法中的用途 Download PDF

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Abstract

将锐钛型二氧化钛和金红石型二氧化钛的共混物煅烧到满足生产金红石型二氧化钛颜料的氯化法中的可接受的冲刷介质所要求的抗碎强度和密度。通过使用这种共混物，可以获得比在相同的煅烧条件下只煅烧锐钛型二氧化钛的观察结果更大的锐钛型二氧化钛的转化率，因此可以使用相当大一部分成本更低且价值更小的锐钛型二氧化钛以及冲刷介质按惯常的添加率利用，而无需要求从所产生的金红石型二氧化钛分离出锐钛型二氧化钛且同时将失去效能的冲刷介质和所生成的金红石型二氧化钛中的金红石型的总含量保持在按重量计为99％或更大。

Description

生产冲刷介质的方法及这种介质在生产金红石型二氧化钛的方法中的用途
技术领域
本发明通常涉及金红石型二氧化钛颜料的生产。更具体地说，本发明涉及适用于金红石型二氧化钛颜料生产中的冲刷介质的生产，其中此介质是部分使用原始状态的(粗制的或未加工的)锐钛型颜料，如从生产二氧化钛颜料的硫酸法中的锻烧炉排放物筛分出的锐钛型颜料来制造。
背景技术
在生产金红石型二氧化钛的氯化法中，四氯化钛在氧化反应器中以蒸汽相被氧化，以形成金红石型二氧化钛。金红石型二氧化钛和其他反应产物随后通常经过外部的冷却导管，在导管中，金红石型二氧化钛和其他反应产物被冷却和聚结。二氧化钛颗粒主要以气相形成，但由于诸如热迁移和湍流的力，二氧化钛颗粒可以被冲到反应器的壁上。一旦颗粒到达壁，它们往往就粘附并累积。类似地，固体沉积物可以粘附并累积到冷却导管的内壁上。二氧化钛颗粒的累积减少了由此方法传递的热，这会引起冷却问题。而且，此累积最终可以堵塞装置，从而完全停滞流动并需要停机清理。
为了防止二氧化钛的沉淀和聚集，通常将各种冲刷介质引入氧化反应器和/或冷却导管中。冲刷介质的目的是相当于擦洗材料并保持反应器和冷却导管的壁没有二氧化钛沉积物且不会在内表面上引起明显的材料磨损。因此，期望的冲刷介质是足够硬的以便冲刷反应器的壁，但也不能太硬或是磨损的而使介质磨损反应器或导管的壁。各种类型的材料已经用作冲刷介质，如压制的二氧化钛颜料、二氧化钛与诸如成粒状的水、砂、氧化铝、氧化锆和盐的混合物。
优选地，冲刷介质还将是足够廉价的且与所生产的颜料(即金红石型二氧化钛)是充分相容的以使冲刷介质不需要从产物中分离。例如，当盐用作冲刷介质时，其通常溶解并被冲洗掉。其他冲刷介质，如砂必须与颜料流分离，因为介质的色调或其倾向于污染颜料。
根据共同转让的，待审的美国专利申请公布号2005/0255036A1(2005年11月17日公开)，申请人发现将原始状态的(粗制的或未加工的)锐钛型颜料，如从硫酸法中的锻烧炉排放物筛分出的锐钛型颜料煅烧到满足可接受的冲刷介质所要求的抗碎强度和密度，从而导致部分锐钛型颜料转化成金红石型。因而，此煅烧过的锐钛型材料能够在生产金红石型二氧化钛的氯化法中用作冲刷介质，且金红石型颜料中的锐钛型含量在商业上可接受的范围内，这取决于所达到的锐钛型到金红石型的转化程度。然而，在实践中，即使相对高的单程转化率(对锐钛型到金红石型来说)，对颜料流中通常2到10％(按质量计)的冲刷介质的使用率来说，存在比期望值，如1％和更大的数量级多的锐钛型含量。更严格的煅烧条件产生了转化成金红石型的更高的单程转化率，但通常会对所得到的冲刷介质的抗碎强度和体密度产生不利地影响并因此不能提供令人满意的解决办法。
发明概述
本发明关注了又一发现，通过在煅烧锐钛型二氧化钛之前，将金红石型二氧化钛与粗制的锐钛型二氧化钛共混，产生了比全都使用锐钛型二氧化钛煅烧更高的锐钛型二氧化钛到金红石型的单程转化率。没有从任何意义上限制本发明，因此，金红石型二氧化钛的作用似乎是催化剂或者用于锐钛型转化成金红石型的种子材料，最终在生产金红石型二氧化钛颜料的氯化法中提供了有用的冲刷介质，除了锐钛型的含量在商业级金红石型二氧化钛颜料的生产中通常表现出的含量范围内之外，冲刷介质还具有期望的抗碎强度和体密度。因此，所形成的冲刷介质可以与颜料流成通常期望的比例，优选地，而不会将产物和冲刷介质中的锐钛型的总含量增大到1％或更大(按重量计)。
本发明提供生产用于制造金红石型二氧化钛颜料的氯化法中的冲刷介质的方法，其包括形成锐钛型二氧化钛和金红石型二氧化钛的小球状共混物并煅烧所述共混物的步骤。
要求保护的方法的一部分是，按锐钛型二氧化钛和金红石型二氧化钛的总重量计，共混物中的锐钛型二氧化钛是按重量计至少50％。
要求保护的方法的一部分是，煅烧过的冲刷介质的特征在于1.55克/cm3到1.71克/cm3的密度和根据API RP60测试法确定的30到15％之间的4K抗碎强度。
要求保护的方法的一部分是，在煅烧所述小球状共混物的过程中，锐钛型二氧化钛充分转化成金红石型，以使当使用的冲刷介质，按质量计高达颜料和从生产金红石型二氧化钛的氯化法的氧化器接收到的冲刷介质固体的10％时，所述颜料和失去效能的冲刷介质中的锐钛型的含量按重量计，小于1％。
本发明提供另一种用于减少在用于生产二氧化钛的装置中累积的二氧化钛的方法，其包括煅烧锐钛型二氧化钛和金红石型二氧化钛的共混物以生产冲刷介质，以及将所述冲刷介质引入用于生产二氧化钛的装置中的步骤。
要求保护的方法的一部分是，煅烧步骤在大于1025℃的温度下进行。
要求保护的方法的一部分是，共混物被煅烧到30到15％之间的抗碎强度。
要求保护的方法的一部分是，共混物被煅烧到1.55g/cm3到1.71g/cm3的密度。
要求保护的方法的一部分是，煅烧过的共混物被引入氧化反应器内。
要求保护的方法的一部分是，煅烧过的共混物被引入冷却导管内。
要求保护的方法的一部分是，共混物按重量计，是至少10％的锐钛型。
要求保护的方法的一部分是，共混物按重量计，是至少50％的锐钛型。
要求保扩的方法的一部分是，共混物按重量计，是至少75％的锐钛型。
要求保护的方法的一部分是，共混物按重量计，是至少90％的锐钛型。
要求保护的方法的一部分是，选择所述共混物中锐钛型二氧化钛和金红石型二氧化钛的比例和所采用的煅烧条件以实现共混物中的锐钛型二氧化钛至少这样的转化程度，即能够使生成的二氧化钛和失去效能的冲刷介质中的锐钛型的含量按重量计，小于1％，当冲刷介质在一定程度上使用时，由此其包括通过用于生产所述二氧化钛的生产装置的2到10％的颜料质量流。
要求保护的方法的一部分是，生成的二氧化钛和失去效能的冲刷介质中的锐钛型的含量保持在按重量计，至少小于0.5％。
要求保护的方法的一部分是，生成的二氧化钛和失去效能的冲刷介质中的锐钛型的含量保持在按重量计，至少小于0.2％。
发明详述
优选地，根据本发明将被用作冲刷介质的煅烧过的金红石型/锐钛型共混物将具有至少1.55g/cm3的密度且不超过1.71g/cm3。而且，优选地，冲刷介质将具有小于30％的抗碎强度且大于15％的抗碎强度，此处所标示的冲刷强度是使用4K冲刷测试进行测量的(per API RP60(美国石油协会推荐操作规程60)-“用于测试使用在水力压裂操作中的高强度支撑剂的推荐操作规程(1995)”)。
正如上面已经提到的，将期望能够以通常用于冲刷介质的添加率，即2到10％的颜料质量流添加的煅烧过的锐钛型二氧化钛/金红石型二氧化钛共混物用作冲刷介质，同时还使所得到的二氧化钛产物(包括失去效能的冲刷介质)中的锐钛型含量保持在按重量计1％之下。更优选地，用于冲刷介质的煅烧过的锐钛型/金红石型共混物中的锐钛型部分的转化将会使得二氧化钛产物(包括失去效能的冲刷介质)中的锐钛型含量按重量计小于0.5％。更优选地，二氧化钛产物的锐钛型含量将会按重量计不大于0.2％的数量级。
我们已发现通过煅烧锐钛型/金红石型共混物，而不是只煅烧锐钛型颜料，能够比只用锐钛型颜料为原料获得更充分大的锐钛型部分的转化，并且共混物中成本明显更低廉或价值更小的锐钛型部分按重量计占共混物的至少50％而且产物中的锐钛型含量仍旧在按重量计1％之下。更优选地，由于适当地选择煅烧条件，共混物中的锐钛型部分可以按重量计占共混物的至少75％。更优选地，共混物中的锐钛型部分可以按重量计占共混物的至少90％。然而，大体上说，因为锐钛型颜料通常具有较少的商业价值，使用锐钛型替换金红石型二氧化钛的任何做法，如使用少至按重量计10％的锐钛型材料将会提供成本优势且是值得做的。
煅烧锐钛型/金红石型共混物来形成本发明的冲刷介质完全属于本领域技术人员的能力范围之内，且在生产硫酸盐级的锐钛型二氧化钛颜料中一直用于煅烧的方法和装置应该同样可以用于本发明的锐钛型/金红石型共混物。例如，根据本发明，用作冲刷介质的煅烧过的锐钛型/金红石型共混物可以通过以期望比例的锐钛型和金红石型二氧化钛为原料，然后与水结块形成小球来生产。随后，干燥此小球并筛分以去除不期望太大或不期望太小的小球粒度。接着，在确定的温度下，在旋转式煅烧炉中煅烧小球的时间量(即，停留时间)足以煅烧锐钛型/金红石型共混物并提供必需的抗碎强度和体密度。煅烧的温度和停留时间可以根据所使用的特定的锐钛型和金红石型二氧化钛以及每次的比例，以及考虑到金红石型二氧化钛颜料的最终产物中可以残存的锐钛型量而必须的锐钛型到金红石型的转化。然而，本领域的技术人员能够确定用于锐钛型和金红石型二氧化钛给定组合的合适条件而不需要过多试验。
之后，煅烧的冲刷介质在生产金红石型二氧化钛颜料的过程中是有用的。将冲刷介质引入此过程的方法在本领域中是已知的。例如，根据本发明的冲刷介质可以被引入生产金红石型二氧化钛的氯化法中所使用的氧化反应器内。可替代地，根据本发明的冲刷介质可以被引入生产金红石型二氧化钛的氯化法中所使用的冷却导管内。
通过下面的实施例更具体地阐述了本发明，其中各种煅烧温度和停留时间一方面用于煅烧(在常规的旋转式煅烧炉中)锐钛型二氧化钛“A”和用于煅烧相同的锐钛型二氧化钛“A”与金红石型二氧化钛“B”的按重量计55∶45的共混物，以及用于为所得到的煅烧过的冲刷介质而确定的体密度和4K抗碎强度。正如从下面的表1和表2所示的结果中观察到的，当煅烧时，添加金红石型二氧化钛导致了共混物的锐钛型部分更大的转化，而且所得到的冲刷介质中的金红石型含量比根据锐钛型转化率(此时，原材料只是锐钛型二氧化钛)所期望的更大。而且，当在1100摄氏度下煅烧时，55∶45的共混物生成了刚刚在15到30％的优选抗碎强度范围(高数值表示较软的材料)之外的材料，然而是94.6％的金红石型。更高的煅烧温度应该导致锐钛型二氧化钛向金红石型依旧更高的转化以及优选范围内更大的抗碎强度。
表1-只有锐钛型A
Figure GSB00000807842600061
表2-锐钛型A/金红石型B
Figure GSB00000807842600062
总之，本发明提供了可以有效地用在生产金红石型二氧化钛的氯化法中的冲刷介质，而无需与最终产物分离或从其回收。虽然相对于具体的实施方案已经详细描述了本发明，但是应该理解本领域的技术人员，在完成前述内容的理解后，可以易于设想对这些实施方案进行改变或修改。因此，本发明的范围应该由所附的权利要求和其等同物来评估。

Claims (17)

1.一种生产用于制造金红石型二氧化钛颜料的氯化法中的冲刷介质的方法，其包括形成锐钛型二氧化钛和金红石型二氧化钛的小球状共混物并煅烧所述共混物的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其中对于按锐钛型二氧化钛和金红石型二氧化钛的总重量计，所述共混物中的锐钛型二氧化钛是按重量计的至少50％。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述煅烧过的冲刷介质的特征在于1.55克/cm3到1.71克/cm3的密度和根据API RP60测试法确定的30到15％之间的4K抗碎强度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在煅烧所述小球状共混物的过程中，锐钛型二氧化钛充分转化成金红石型，以使当使用的冲刷介质，按质量计高达颜料和从生产金红石型二氧化钛的氯化法的氧化器接收到的冲刷介质固体的10％时，所述颜料和失去效能的冲刷介质中的锐钛型的含量按重量计，小于1％。
5.一种减少在用于生产二氧化钛的装置中累积的二氧化钛的方法，其包括下述步骤：
煅烧锐钛型二氧化钛和金红石型二氧化钛的共混物以生产冲刷介质；以及
将所述冲刷介质引入用于生产二氧化钛的装置中。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述煅烧步骤在大于1025℃的温度下进行。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述共混物被煅烧到30到15％之间的抗碎强度。
8.根据权利要求5所述的方法，其中所述共混物被煅烧到1.55g/cm3到1.71g/cm3的密度。
9.根据权利要求5所述的方法，其中所述煅烧过的共混物被引入氧化反应器内。
10.根据权利要求5所述的方法，其中所述煅烧过的共混物被引入冷却导管内。
11.根据权利要求5所述的方法，其中所述共混物按重量计，是至少10％的锐钛型。
12.根据权利要求5所述的方法，其中所述共混物按重量计，是至少50％的锐钛型。
13.根据权利要求5所述的方法，其中所述共混物按重量计，是至少75％的锐钛型。
14.根据权利要求5所述的方法，其中所述共混物按重量计，是至少90％的锐钛型。
15.根据权利要求5所述的方法，其中选择所述共混物中锐钛型二氧化钛和金红石型二氧化钛的比例和所采用的煅烧条件以实现共混物中的锐钛型二氧化钛至少这样的转化程度，即能够使生成的二氧化钛和失去效能的冲刷介质中的锐钛型的总含量按重量计，小于1％，当冲刷介质在一定程度上使用时，由此其包括通过用于生产所述二氧化钛的生产装置的2到10％的颜料质量流。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述生成的二氧化钛和失去效能的冲刷介质中的锐钛型的含量保持在按重量计，至少小于0.5％。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述生成的二氧化钛和失去效能的冲刷介质中的锐钛型的含量保持在按重量计，至少小于0.2％。
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