CN101863510B - 制备钛白外加水解晶种的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及制备钛白外加水解晶种的方法，属于化工领域。本发明所解决的技术问题是提供了一种制备钛白外加水解晶种的方法，该方法对设备要求低，所制备的晶种金红石含量高且质量稳定。本发明制备钛白外加水解晶种的方法包括如下步骤：a、将TiCl4水溶液加入到碱性溶液中，中和碱性溶液pH值至0～2；其中，所述TiCl4水溶液的浓度以TiO2计为200g/L～450g/L；b、中和所得浆料搅拌均匀后升温至60℃～90℃，并保温0～90min；c、将浆料冷却至室温得到钛白外加水解晶种。本发明方法工艺简单，对设备要求低，所制备的晶种金红石含量高、晶种活性稳定。
Description
技术领域
本发明涉及制备钛白外加水解晶种的方法，属于化工领域。
背景技术
目前，国内钛白粉的生产工艺多为硫酸法，而水解是该工艺中极其重要的工序之一。水解工艺一般分为自生晶种水解工艺和外加晶种水解工艺两种。与自生晶种水解工艺相比，外加晶种水解工艺具有晶种数量可控、晶种质量稳定、产品批次间质量波动不大、水解钛液不需要浓缩等优点，是一种比自生晶种水解更加先进的水解工艺。
外加晶种水解工艺的关键在于晶种的制备。外加晶种的制备方法主要有两种：一种是用碱溶液中和钛液来形成晶种，如公开号为CN1834019A的专利申请，但是该方法只能制备锐钛型晶种，且杂质含量较高，此方法制备的晶种生产的钛白产品质量较差；另一种方法是以TiCl4溶液和NaOH溶液为原料制备晶种，如：《云南化工》(1982年第2期)，作者吴永宝，公开了一种以TiCl4为原料制备外加水解晶种的方法，在该方法中，以四氯化钛为晶种，然后以三价钛盐漂白，再通过多层包膜工艺来制备金红石型钛白粉。该方法的主要步骤为：用去离子水稀释精制的TiCl4溶液，然后用140g/L的NaOH溶液中和TiCl4水溶液，再用35％～37％的浓盐酸酸化中和所得沉淀，并升温胶溶，胶溶所得溶胶用NaOH溶液中和，所得沉淀过滤洗涤，最后再用去离子水分散滤饼，最终得到所需要的晶种。该方法存在两个影响晶种质量的问题：第一，胶溶浆料中含有大量NaCl，使得所得晶种质量较差；第二，晶种过滤洗涤后再分散将严重影响晶种的分散性。
又如：US4021533的美国专利公开了一种以TiCl4为原料采用气相法制备水解外加晶种的方法。该方法首先将TiCl4气化成150℃的气体，然后按18kg/h的速度通入流量为5.25Nm3/h的150℃蒸汽中，反应2～3秒形成气溶胶(其温度约600℃)，再对其中早已冷却的晶核悬浊液进行急冷，急冷后向所得悬浊液中喷40g/L的NaOH液滴，调其pH值为3.5，同时通循环水保持体系为55℃～60℃，最后得到20g/L的晶种悬浊液。采用该方法制备外加晶种具有连续、稳定等优点，但是该方法对设备的防腐蚀性能和自动化控制要求较高。
再如：2291052号的英国专利公开了一种制备混合晶型晶种的方法。其金红石晶种的制备方法为：将含有TiO2的200g/L TiCl4水溶液迅速加入到NaOH溶液中，然后升温熟化、急冷、中和。锐钛型晶种的制备方法为：将NaOH溶液迅速加入含有H2SO4的200g/L TiCl4水溶液中，然后升温熟化、急冷、中和。TiCl4水溶液中H2SO4含量为TiO2∶H2SO4＝1.5∶1。该方法是一种采用混合晶种作外加水解晶种生产金红石钛白的方法，其主要目的是生产晶粒尺寸大的钛白产品，用于反射红外线的涂料。
到目前为止，未见有工艺简单、设备要求低、晶种金红石含量高且质量稳定的制备钛白外加水解晶种的方法的相关报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种制备钛白外加水解晶种的方法，该方法对设备要求低，所制备的晶种金红石含量高且质量稳定。
本发明制备钛白外加水解晶种的方法包括如下步骤：
a、将TiCl4水溶液加入到碱性溶液中，中和碱性溶液pH值至0～2；其中，所述TiCl4水溶液的浓度以TiO2计为200g/L～450g/L；
b、中和所得浆料搅拌均匀后升温至60℃～90℃，并保温0～90min；
c、将浆料冷却至室温得到钛白外加水解晶种。
其中，上述a步骤中不能将碱性溶液加入到TiCl4水溶液中，否则生成的是锐钛型晶种。
其中，上述a步骤的TiCl4水溶液可以从市场购买，也可以采用下述方法制备得到：将工业纯的TiCl4液体加入到去离子水中配成TiCl4水溶液(TiCl4液体加入到去离子水中的速度优选为每600ml去离子水中加入的TiCl4液体≤9ml/min)，期间不断搅拌和冷却。
其中，上述a步骤的碱性溶液可以为工业常用的碱性溶液，如：NaOH、NH3·H2O或KOH溶液。碱性溶液的质量百分比浓度过高或过低，都会对制备的晶种性能产生不利影响，为了使晶种性能更好，碱性溶液的质量百分比浓度优选为2％～20％。
进一步的，为了使制备的晶种性能更好，上述a步骤优选用TiCl4水溶液中和碱性溶液pH值至0～1.5，中和时保持体系温度≤40℃。中和时体系温度如果过高，TiCl4水溶液中盐酸容易挥发，导致体系酸度不够，晶种金红石含量低。
进一步的，为了使制备的晶种性能更好，上述b步骤中和所得浆料搅拌均匀后，优选以0.5℃/min～3.0℃/min的升温速率将浆料升温至70℃～85℃并保温20min～60min。
进一步的，为了使制备的晶种质量更好，上述c步骤中浆料的降温速率优选为5℃/min～10℃/min。
采用本发明方法制备的晶种的TiO2含量为30～60g/L，水解晶种金红石含量大于99％(XRD)，且稳定性好，放置一个月仍具有较高的活性。
本发明方法工艺简单，对设备要求低，所制备的晶种金红石含量高、晶种活性稳定。本发明方法为钛白外加水解晶种的制备提供了一种新的选择，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1为采用本发明方法制备的钛白外加水解晶种的X射线衍射图；图中横坐标为2θ，单位为°；纵坐标为衍射强度，单位为5k/cps。
图2为采用本发明方法制备的钛白外加水解晶种的X射线衍射图；图中横坐标为2θ，单位为°；纵坐标为衍射强度，单位为5k/cps。
图3为采用本发明方法制备的钛白外加水解晶种的X射线衍射图；图中横坐标为2θ，单位为°；纵坐标为衍射强度，单位为5k/cps。
图4为采用本发明方法制备的钛白外加水解晶种的X射线衍射图；图中横坐标为2θ，单位为°；纵坐标为衍射强度，单位为5k/cps。
图5为采用本发明方法制备的钛白外加水解晶种的X射线衍射图；图中横坐标为2θ，单位为°；纵坐标为衍射强度，单位为5k/cps。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1采用本发明方法制备钛白外加水解晶种
向90mL 2wt％的NaOH溶液中加入浓度为450g/L(以TiO2计)的TiCl4水溶液，中和至pH值为0.5，同时保持体系温度不超过40℃。充分搅拌后以0.5℃/min的升温速率升温至60℃，并保温熟化20min，将体系冷却至室温制得钛白外加水解晶种，化学分析其中TiO2含量为30g/L。经X射线衍射(XRD)分析，所得晶种的金红石含量大于99％，XRD衍射图见图1。放置25天后仍可用作水解晶种。
实施例2采用本发明方法制备钛白外加水解晶种
向90mL 5wt％的NaOH溶液中加入浓度为250g/L(以TiO2计)的TiCl4水溶液，中和至pH值为0，同时保持体系温度不超过40℃。充分搅拌后以3℃/min的升温速率升温至75℃，并保温熟化40min，将体系冷却至室温制得钛白外加水解晶种，化学分析其中TiO2含量为35g/L。经X射线衍射(XRD)分析，所得晶种的金红石含量大于99％，XRD衍射图见图2。放置25天后仍可用作水解晶种。
实施例3采用本发明方法制备钛白外加水解晶种
向90mL 15wt％的KOH溶液中加入浓度为200g/L(以TiO2计)的TiCl4水溶液，中和至pH值为2，同时保持体系温度不超过40℃。充分搅拌后以3℃/min的升温速率升温至75℃，并保温熟化90min，将体系冷却至室温制得钛白外加水解晶种，化学分析其中TiO2含量为45g/L。经X射线衍射(XRD)分析，所得晶种的金红石含量大于99％，XRD衍射图见图3。放置20天后仍可用作水解晶种。
实施例4采用本发明方法制备钛白外加水解晶种
向90mL 20wt％的NaOH溶液中加入浓度为300g/L(以TiO2计)的TiCl4水溶液，中和至pH值为1.5，同时保持体系温度不超过40℃。充分搅拌后以2℃/min的升温速率升温至85℃，并保温熟化60min，将体系冷却至室温制得钛白外加水解晶种，化学分析其中TiO2含量为61g/L。经X射线衍射(XRD)分析，所得晶种的金红石含量大于99％，XRD衍射图见图4。放置25天后仍可用作水解晶种。
实施例5采用本发明方法制备钛白外加水解晶种
向90mL l0wt％的NH3·H2O溶液中加入浓度为260g/L(以TiO2计)的TiCl4水溶液，中和至pH值为0.3，同时保持体系温度不超过40℃。充分搅拌后以1.5℃/min的升温速率升温至90℃，并保温熟化0min，将体系冷却至室温制得钛白外加水解晶种，化学分析其中TiO2含量为50g/L。经X射线衍射(XRD)分析，所得晶种的金红石含量大于99％，XRD衍射图见图5。放置30天后仍可用作水解晶种。
由实施例1～5可知，采用本发明方法制备的钛白外加水解晶种金红石含量大于99％(XRD)，且晶种稳定性好，放置30天以上仍具有较高的活性。
Claims (5)
1.制备钛白外加水解晶种的方法，其特征在于包括如下步骤：
a、将TiCl4水溶液加入到碱性溶液中，中和碱性溶液pH值至0～1.5，中和时保持体系温度≤40℃；其中，所述TiCl4水溶液的浓度以TiO2计为200g/L～450g/L，所述的碱性溶液的质量百分比浓度为2％～20％；
b、中和所得浆料搅拌均匀后升温至60℃～90℃，并保温0～90min；
c、将浆料冷却至室温得到钛白外加水解晶种。
2.根据权利要求1所述的制备钛白外加水解晶种的方法，其特征在于：所述TiCl4水溶液采用下述方法制备得到：将工业纯的TiCl4液体加入到去离子水中配成TiCl4水溶液，期间不断搅拌和冷却。
3.根据权利要求1所述的制备钛白外加水解晶种的方法，其特征在于：a步骤所述的碱性溶液为NaOH、NH3·H2O或KOH溶液。
4.根据权利要求1所述的制备钛白外加水解晶种的方法，其特征在于：所述b步骤中和所得浆料搅拌均匀后，以0.5℃/min～3.0℃/min的升温速率将浆料升温至70℃～85℃并保温20min～60min。
5.根据权利要求1所述的制备钛白外加水解晶种的方法，其特征在于：c步骤中浆料的降温速率为5℃/min～10℃/min。
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