CN101788465A - 钛白生产中变灰点的判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生产钛白的过程中判断变灰点的方法，该方法通过测定钛液的透光度来判断水解钛液的变灰点。根据本发明，水解钛液的透光度突然下降的转折点或者水解钛液的透光度的一阶导数的极值点即为水解钛液的变灰点。

Description

钛白生产中变灰点的判定方法

技术领域

本发明涉及一种在通过钛液水解生产钛白的过程中判定变灰点的方法。

背景技术

目前，国内钛白粉产能已达到100万吨/a，而绝大部分厂家都采用硫酸法钛白生产工艺进行生产。硫酸法钛白工艺主要分为自生晶种热水解工艺和外加晶种热水解工艺。而自生晶种热水解工艺由于工序相对简单、产能大等优点在国内应用较多。

自生晶种热水解工艺的大体步骤为：先将已预热好的水解钛液加入到已预热至一定温度的去离子水中，前期先形成一定数量和质量的晶种，随着对体系不断补热促进钛液的水解，并以前期形成的晶种为结晶中心诱导和促进钛水合离子在其表面沉积生长并最终形成偏钛酸；之后偏钛酸浆料再经酸洗、漂白、水洗、盐处理、煅烧、粉碎等处理后得到钛白产品。其中水解期间形成的晶种、灰点的确定及熟化时间等对钛白一次粒子大小、分布等起着决定作用，进而决定了经后期盐处理所制得钛白粉的粒度大小和分布以及颜料性能。

钛白生产水解工序中一个核心点是变灰点的判定：随着钛液水解的进行，前期形成的晶种逐渐诱导钛液进行水解，使水解形成的粒子逐渐达到临界尺寸，在溶液中析出偏钛酸水解粒子，随着水解的进一步进行，水解体系颜色由黑色透明逐渐变至橄榄绿，再变至轻微浑浊钢灰色(此刻即为变灰点，也就是钛液水解的临界点)，之后变至浅乳白色以及白色大絮凝团的过程。变灰点的判定对控制钛液的水解速率及偏钛酸粒子的大小及粒度分布等起着关键作用，是自生晶种钛液水解最难控制的关键技术之一。若判断过早，则形成的偏钛酸粒子偏粗，一次粒子偏细，难于滤洗时去除杂质，粒度分布变宽，进而使颜料性能恶化；若判断过晚，则形成的偏钛酸粒子偏细，一次粒子偏粗，造成水洗、酸洗时强度增大，同时粒度分布变宽，使其颜料性能恶化。因此严格控制变灰点及熟化时间，对提高钛白产品质量，适应钛白行业发展有着重要的理论和实际意义。

目前变灰点的判定主要是采用肉眼观察为主，时间和温度掌握为辅，主观性很强，并且这种肉眼观察的方法判断不够准确，造成不同批次间钛白质量的波动。因此，需要一种能够快速、准确地判断在水解钛液的过程中的变灰点的方法。

发明内容

本发明提供了一种能够准确地测定钛液的水解过程中的变灰点的方法，该方法通过测定钛液的透光度来判断水解钛液的变灰点。

根据本发明，水解钛液的透光度突然下降的转折点或者水解钛液的透光度的一阶导数的极值点即为钛液的变灰点。

根据本发明，可以利用紫外可见光分光光度计来判断水解钛液的变灰点。

优选地，可以将钛液稀释到硫酸水溶液中之后来测定水解钛液的透光度。

优选地，钛液与硫酸水溶液的稀释体积比可以为1∶(50～150)。

优选地，硫酸水溶液的质量浓度可以为5％～15％。

附图说明

图1是根据本发明的稀释的水解钛液的透光度随时间变化的曲线图。

图2是根据本发明的水解钛液透光度的一阶导数随时间变化的曲线图。

图3是根据本发明第一实施例制备的钛白的粒径分布图。

图4是根据本发明第二实施例制备的钛白的粒径分布图。

图5是根据本发明第三实施例制备的钛白的粒径分布图。

具体实施方式

本发明所要解决的技术问题是提供一种变灰点判定的方法，通过准确判定钛白水解过程中的变灰点来制备粒度分布窄、颜料性能高的钛白产品。本发明的特点在于通过测定加料结束至水解一沸期间水解钛液的透光度来判定水解时的变灰点。由于根据本发明的方法能够准确判定水解钛液的变灰点，从而能够制备粒度分布窄、颜料性能好的钛白产品。

根据本发明的判定水解钛液的变灰点的方法为通过测定水解钛液的透光度来测定变灰点。根据本发明的测定水解钛液的透光度的方法可以采用本领域已知的能够测定透光度的任何方法，比如，采用紫外可见光分光光度计来测定水解钛液的透光度。

根据本发明的判定水解钛液的变灰点的方法，为了更加准确地测定变灰点，可以将钛液用硫酸水溶液稀释，比如，将水解钛液稀释到一定体积的5％-15％的硫酸水溶液中，稀释体积比为1∶(50～150)。将水解钛液与硫酸混合均匀后立刻在紫外可见光分光光度计上测定其透光率。

为了测定水解钛液的透光度的突变点，以钛液加料完时为0分钟开始计时，0分钟时刻将稀释后水解钛液的透光度设定为100％作参比溶液，然后以一定时间间隔取样分别测试水解钛液的透光度，透光度变化较大后减小取样时间间隔，并且以时间为横坐标，稀释后的水解钛液的透光度为纵坐标作图，透光度突然下降的转折点或者该曲线一阶导数的极值点对应的时间即为变灰点时间。

即，根据本发明的判定水解钛液的变灰点的方法为：通过紫外可见光分光光度计来测定水解钛液的透光度的变化，参照图1可知，在透光度突然下降的转折点或者参照图2透光度的一阶导数出现极值的点即为水解钛液的变灰点。

由于根据本发明的测定水解钛液变灰点的方法采用普通的紫外可见光分光光度计就能够简单、快捷、准确地测定水解钛液的变灰点，从而可制备产品性能良好的钛白，所以本发明的测定水解钛液变灰点的方法与现有技术采用肉眼观察的方法相比能够显著提高变灰点判断的准确性。

为了更加完整地描述本发明的测定水解钛白变灰点的方法，下面通过描述生产钛白的具体步骤来进行具体地描述。

根据本发明的生产钛白的方法包括以下步骤：

(1)取体积为钛液体积22％～28％的去离子水加入水解锅作为底水，预热至94℃～98℃恒温并维持搅拌状态；

(2)在搅拌状态下将预热至92℃～98℃、浓度为200～240g/L、F值为1.7～2.0的钛液，在15～20分钟内匀速加入水解锅中。加料过程中保持水解体系温度为92℃～98℃；

(3)加料完后以0.8～1.4℃/分钟的升温速率逐步升温至第一沸点，其后保持体系微沸；

(4)从加料完成时开始在不同时间取一定体积的水解钛液，稀释于一定体积冷却至室温的5～15％硫酸水溶液中，稀释体积比为1∶(50～150)，混匀后立刻在紫外可见分光光度计上分别测定其透光度，透光度变化较大后减小取样时间间隔。以钛液加料完时为0分钟开始计时，0分钟时刻稀释水解浆料透光度调为100％作参比溶液，然后以时间为横坐标，以稀释水解浆料的透光度为纵坐标作图，透光度突然下降的转折点(或该曲线一阶导数的极值点，此时水解钛液变为钢灰色)对应的时间即为变灰点时间；

(5)待水解体系到变灰点时，立即停止加热、搅拌进行熟化，熟化20～40分钟后开启加热、搅拌，逐步升温至第二沸点，其升温速率为0.8～2.5℃/分钟，并维持微沸；

(6)升温至第二沸点90分钟后向体系缓慢匀速补充80℃～98℃的去离子水，用量为使最终钛液总钛浓度在165±5g/L范围，并维持微沸直至水解结束；

(7)第二次沸点后2.5～3.0小时结束水解，对水解浆料进行酸洗、漂白、水洗、盐处理、煅烧、粉碎即得到产品。

本发明的优点在于：依据钛液水解期间稀释水解浆料的透光度随水解时间变化精确控制变灰点，控制水解体系生成适宜数量、质量和粒度分布的水解粒子，对水解期间的水解速率及钛水合粒子的结晶、生长和聚集速率进行有效调控，在对现有水解制度做稍微调整下，制备出粒度分布窄，颜料性能好的钛白产品。

下面结合具体实施例来具体说明本发明的方法。

实施例1采用本发明方法生产钛白粉

取25.0mL去离子水加入到水解锅中作为底水，并在搅拌下预热至96℃。将预热至95℃，浓度为229g/L，F值为1.86的钛液100mL，在17分钟内匀速加入到水解锅中，加料过程维持水解体系温度为96℃。加料完毕后将水解体系升温至第一沸点(约106℃)，保持升温速率为1.00℃/分钟，其加热时间为10分钟，维持体系微沸状态。按实施步骤(4)取水解浆料测定其透光度，所用硫酸水溶液为10％，稀释体积比为1∶100，待体系变至变灰点时即停止加热和搅拌，熟化30分钟。熟化完毕后在搅拌状态下将体系升温至第二沸点(约107℃)，保持升温速率为1.8℃/分钟，其加热时间为13分钟，并维持体系微沸状态。从第二沸点90分钟后向体系匀速加入已预热至86℃的去离子水14mL，以稀释钛液浓度促进水解反应继续进行，第二沸点起3小时后结束水解。所得水解浆料进行酸洗、漂白、水洗、盐处理、煅烧、粉碎得到产品。

所取稀释水解浆料的透光度随时间变化如图1所示，透光度变化的一阶导数随时间变化如图2所示。从图1可以看出，透光度随时间变化的曲线满足Boltzmann的S线拟合(满足方程y＝(A₁-A₂)/(1+exp[(x-x₀)/dx])+A₂)，拟合相关系数R²＝0.9998，由图1看出加料完至变灰点的时间为24分钟，及一沸后14分钟到变灰点。图2明显可见在加料完后24分钟时出现极小值点，即为图1中曲线的突变点，该点对应的时间(24分钟)即为钛液水解期的变灰点。所得钛白的粒度分布如图3所示。由图3可知，所得钛白产品的平均粒径为250nm，半峰宽93.2nm，峰1峰值粒径为275nm，多分散指数0.133，表明所得钛白的粒径分布很窄。颜料性能测试得其消色力(SCX)为1480(R706作为标样)，白度相对值100.33(PTA120作为标样)。

实施例2采用本发明方法生产钛白粉

取27.0mL去离子水加到水解锅中，并在搅拌下预热至94℃。将预热至95℃，浓度为201g/L，F值为1.92的钛液100mL，在18分钟内匀速加入到水解锅中，加料过程维持水解体系温度为94℃。加料完毕后将水解体系升温至第一沸点(约105℃)，保持升温速率为1.1℃/分钟，其加热时间为10分钟，维持体系微沸状态。按实施步骤(4)取水解浆料测定其透光度，所用硫酸水溶液为15％，稀释体积比为1∶50，待体系变至变灰点时即停止加热和搅拌，从加料完至变灰点时共耗时20分钟，熟化25分钟。熟化完毕后在搅拌状态下将体系升温至第二沸点(约106.5℃)，保持升温速率为1.68℃/分钟，其加热时间为11分钟，并维持体系微沸状态。从第二沸点90分钟后向体系匀速加入已预热至92℃的去离子水5mL，以稀释钛液浓度促进水解反应继续进行，至2.7小时后结束水解。所得水解料进行酸洗、漂白、水洗、盐处理、煅烧、粉碎得到产品。

所得钛白的粒度分布如图4所示。由图4可知，所得钛白产品的平均粒径为308nm，半峰宽68.9nm，峰1峰值粒径为280nm，多分散指数0.276，表明所得钛白的粒径分布很窄。颜料性能测试得其消色力(SCX)为1340(R706作为标样)，白度相对值100.12(PTA120作为标样)。

实施例3采用本发明方法生产钛白粉

取23.0mL去离子水加入到水解锅中，并在搅拌下预热至98℃。将预热至98℃，浓度为233g/L，F值为1.83的钛液100mL，在16分钟内匀速加入到水解锅中，加料过程维持水解体系温度为98℃。加料完毕后将水解体系升温至第一沸点(约106.5℃)，保持升温速率为0.77℃/分钟，其加热时间为11分钟，维持体系微沸状态。按实施步骤(4)取水解浆料测定其透光度，所用硫酸水溶液为5％，稀释体积比为1∶150，待体系变至变灰点时即停止加热和搅拌，从加料完至变灰点时共耗时26分钟，熟化35分钟。熟化完毕后在搅拌状态下将体系升温至第二沸点(约108℃)，保持升温速率为2.0℃/分钟，其加热时间为12分钟，并维持体系微沸状态。从第二沸点90分钟后向体系匀速加入已预热至95℃的去离子水23mL，以稀释钛液浓度促进水解反应继续进行，至3小时后结束水解。所得水解料进行酸洗、漂白、水洗、盐处理、煅烧、粉碎得到产品。

所得钛白的粒度分布如图5所示。由图5可知，所得钛白产品的平均粒径为237nm，半峰宽95.1nm，峰1峰值粒径为269nm，多分散指数0.103，表明所得钛白的粒径分布很窄。颜料性能测试得其消色力(SCX)为1470(R706作为标样)，白度相对值100.15(PTA120作为标样)。

这里公开了本发明的示例型实施例，虽然使用了特定的术语，但是仅以一般的和描述性的意思来使用并解释这些方法，而不是限制的目的。因此，本领域普通技术人员应该理解，在不脱离如权利要求所阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上作出改变。

Claims (7)

1.一种生产钛白的过程中判断变灰点的方法，其特征在于该方法通过测定钛液的透光度变化来判断水解钛液的变灰点。

2.根据权利要求1所述的生产钛白的过程中判断变灰点的方法，其特征在于：水解钛液的透光度突然下降的转折点即为钛液的变灰点。

3.根据权利要求1所述的生产钛白的过程中判断变灰点的方法，其特征在于：水解钛液的透光度的一阶导数的极值点即为钛液的变灰点。

4.根据权利要求1所述的生产钛白的过程中判断变灰点的方法，其特征在于利用紫外可见光分光光度计来判断水解钛液的变灰点。

5.根据权利要求1所述的生产钛白的过程中判断变灰点的方法，其特征在于：将钛液稀释到硫酸水溶液中之后来测定水解钛液的透光度。

6.根据权利要求5所述的生产钛白的过程中判断变灰点的方法，其特征在于：钛液与硫酸水溶液的稀释体积比为1∶(50～150)。

7.根据权利要求5所述的生产钛白的过程中判断变灰点的方法，其特征在于：硫酸水溶液的质量浓度为5％～15％。

Images