CN102303904A - 低浓度钛液制备高亮度金红石钛白粉的水解方法 - Google Patents

低浓度钛液制备高亮度金红石钛白粉的水解方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低浓度钛液制备高亮度金红石钛白粉的水解方法，包括按体积比1:（4.5~6）将底水与浓度为190~215g/L的钛液预热，混合，将混合体系加热至沸腾，并维持微沸状态，当体系成钢灰色时，停蒸汽，降搅拌一段时间,继续加热和搅拌到第二次沸腾，维持体系微沸状态一段时间，再向体系缓慢补加稀释水，并维持整个体系微沸状态直到水解结束；本发明能够降低钛液的浓度，减少底水量，节约浓缩蒸汽，改善洗涤效果，提高产品质量，降低生产成本。

Description

低浓度钛液制备高亮度金红石钛白粉的水解方法
技术领域
本发明涉及一种硫酸法生产钛白粉的生产工艺中低浓度钛液自生晶种水解制备高亮度金红石钛白粉的水解方法。
背景技术
在硫酸法生产钛白粉的生产工艺中，决定钛白产品质量的主要因素是水解工艺的选择，水解作用的优劣不仅影响工业生产的经济性，而且对最终产品的质量也有极大关系。硫酸法金红石钛白粉与氯化法产品相比，在白度、亮度等性质存在较大差距，主要原因是硫酸法钛白粉中具有较多的有色杂质，并且在粒度尺寸、分布及形貌上也存在较大的差距。有采用硫酸法制备高亮度的钛白粉方法，如专利CN101851435，但都是采用繁多的后处理工序，增加工序和成本。
一般自身晶种稀释水解法，因为底水量大，一般在1:（3.5~4)，要求很高的钛液浓度，很多专利中都要求在220g/L以上（甚至250-260 g/L），这样对整个钛白生产过程中，浓缩岗位成了生产瓶颈之一，特别是温度低的冬天，浓缩速度慢，蒸汽耗量高，钛液的产量受限，最后影响整个产能。
因此本发明本着优化水解方案，不增加工序，不增添设备，适当降低底水量，降低钛液浓度，改善水解料的洗涤性，改善偏钛酸中杂质含量，改善产品的粒子形貌，达到改善白度、亮度等颜料性能的目的，同时可达到降低生产成本的目的。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种低浓度钛液制备高亮度金红石钛白粉的水解方法，在现有的自生晶种水解工艺技术基础上，降低钛液浓度，减少底水量的一种新的水解方法，节约浓缩蒸汽，降低生产成本，同时提高产品质量。
本发明的目的是这样实现的：
一种低浓度钛液制备高亮度金红石钛白粉的水解方法，包括如下步骤：a、向水解锅内加入预热的底水；b、取经过预热的钛液并缓慢加入到所述底水中，c、加热步骤b所得物料至沸腾，并保持微沸状态至该物料变为钢灰色，然后停止加热并降低搅拌速度；d、再次升温物料至微沸，并保持微沸状态20～35min；e、于微沸状态下向物料内加入稀释水，确保物料中的总钛浓度为160~170g/L，并继续保持微沸状态至水解结束；其中，步骤b所述钛液浓度的总钛浓度为190～215g/L；底水与钛液的体积比1:（4.5~6）。
水解方程式：Ti(SO4)2+H2O→TiOSO4+H2SO4
TiOSO4+2H2O→H2TiO3↓+H2SO4。
本工艺中，底水及钛液均各自预热到90～98℃，步骤b所述钛液可以是采用钛精矿酸解、沉降结晶的钛液，也可以是采用高钛渣酸解、沉降过滤的钛液，钛液中Fe/TiO2的质量比控制在0.25～0.35，其预热一般采用蒸汽加热的方式；预热钛液在15～25min内全部加入底水中，步骤c中物料是在20～25 min内加热至沸腾；而步骤e中钛液稀释浓度可参照现有钛液水解工艺的参数。
因为钛液水解时，钛液的浓度对产品质量影响不是主要因素，而是决定于钛液水解的初始浓度，初始浓度却受到钛液浓度与底水量的控制。相同钛液浓度下随底水量增加而降低；相同底水量下随钛液浓度提高而提高。底水量多少决定水解晶种数量、质量，决定偏钛酸的质量好坏，并最终决定产品质量。一般底水多，形成结晶中心数量多，水解速度快，水解率高，水合二氧化钛的一次原级粒子较细，由于细粒子的表面自由能较大，容易絮凝成大颗粒而沉降下来，洗涤时速度快，时间短，但洗涤时间太短容易形成洗涤短路反而不利于铁等杂质的洗涤，影响白度、亮度和消色力。如果钛液浓度过低，保证水解初始浓度，则添加的底水量就太少，那么结晶中心数量少，水解速度慢，水合二氧化钛的一次原级粒子较粗，不利于水解料絮凝，影响洗涤；水解率低、收率低；且最终产品白度、亮度等性能差。因此选择适宜的浓度和底水量，控制适宜的晶种量，适宜的水解速率，和适宜的水合二氧化钛的一次原级粒子，有助于改善洗涤效果，提高产品质量。
本工艺控制钛液浓度、钛液用量及底水用量比，能够起到优化水解工艺，改善洗涤效果、提高产品质量的效果。
另一方面，众所周知在传统自生晶种法钛白粉生产过程中，浓缩是其瓶颈之一，因为钛液浓度要求越高，浓缩压力越大，一般要求钛液浓度在220g /L以上，平均蒸发1t水即消耗1t蒸汽，如果将钛液浓度降低为205g/L，每生产1t（折TiO2）钛液可节约蒸汽0.38吨，加之少加的底水所耗加热蒸汽，可实现50元/吨的成本节约。本工艺降低钛液浓度，减少底水量用量，保证水解效果的同时，使过程中无需再有蒸汽浓缩等工艺环节，节约成本。
优选的，底水与钛液体积比为1:（5~5.5）。底水量是影响水解料洗涤效果的最主要因素，底水量主要影响晶种的数量，晶种多，结晶中心数量多，水合二氧化钛的一次原级粒子较细，由于细粒子的表面自由能较大，容易絮凝成大颗粒而沉降下来，洗涤时速度快，时间短，但洗涤时间太短容易形成洗涤短路又不利于铁的洗涤，本工艺中，最佳的底水量 1：（5~5.5）。
本发明的技术效果：
本发明所述方法是在现有钛液水解工艺上进行的改进，在不增加任何工序，不增添任何设备投资情况下，降低浓缩钛液浓度，减少底水量用量，却能改善水解料的洗涤性，改善偏钛酸中杂质含量，改善产品的粒子形貌，达到改善白度、亮度等颜料性能的目的，提高了产品质量和产能，大大降低生产成本，在产业应用中极具竞争优势。
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，而不是以任何方式来限制本发明。
实施例1
1500ml浓度为190g/L的浓钛液预热到90℃，在15min内加入到250ml温度为90℃的底水中，边加钛液边加热搅拌，在20min将该体系加热到第一次沸腾，保持微沸，直至体系钢灰色，停止加热和降低搅拌速度约25min，后继续加热和搅拌到第二次沸腾，维持体系微沸状态25min；向体系缓慢补加稀释水，并维持整个体系微沸状态直到水解结束，水解反应时间为3.0h，得水解料。将水解料进行一次抽滤洗涤、Ti3+还原漂白、加煅烧晶种、二次抽滤洗、添加K、P、Al盐处理剂、程序升温马弗炉煅烧、擂溃机研磨、无机包膜等后处理，得到产品。本实施例、实施例1和实施例2中，抽滤洗涤均为实验室真空抽滤洗涤，真空度0.1MPa、Ti3+还原漂白均按本领域常规工艺并采用铝粉还原硫酸氧钛制备的Ti3+还原剂进行，煅烧晶种均为采用碱溶法制备得到的，金红石型TiO2 转化率R≥98%。（碱溶法为：用42%碱与漂白干净的偏钛酸（TiO2≥300g/L）在高温下煮沸3~4h，生成钛酸钠，冷却后，用水洗净游离碱和硫酸根，再用法盐酸中和至PH=3.5，生成正钛酸，继续加入盐酸，在100~110℃煮沸2h,急冷≤40℃，即得晶种）
实施例2
1500ml浓度为195g/L的浓钛液预热到93℃，在18 min内加入到300ml温度为93℃的底水中，边加钛液边加热搅拌，在25 min将该体系加热到第一次沸腾，保持微沸，直至体系钢灰色，停止加热和降低搅拌速度约30min，后继续加热和搅拌到第二次沸腾，维持体系微沸状态30min；向体系缓慢补加稀释水，并维持整个体系微沸状态直到水解结束，水解反应时间为3.0h，得水解料。采用与实施例相同步骤将水解料进行一次抽滤洗涤、Ti3+还原漂白、加煅烧晶种、二次抽滤洗、添加K、P、Al盐处理剂、程序升温马弗炉煅烧、擂溃机研磨、无机包膜等后处理，得到产品。
实施例3
1500ml浓度为205g/L的浓钛液预热到96℃，在25 min内加入到330ml温度为98℃的底水中，边加钛液边加热搅拌，在23min将该体系加热到第一次沸腾，保持微沸，直至体系钢灰色，停止加热和降低搅拌速度约35min，后继续加热和搅拌到第二次沸腾，维持体系微沸状态35min；向体系缓慢补加稀释水，并维持整个体系微沸状态直到水解结束，水解反应时间为3.5h，得水解料。将水解料进行一次抽滤洗涤、Ti3+还原漂白、加煅烧晶种、二次抽滤洗、添加K、P、Al盐处理剂、程序升温马弗炉煅烧、擂溃机研磨、无机包膜等后处理，得到产品。
实施例4（大生产试验）
65M3浓度为205g/L的浓钛液预热到98℃，在25 min内加入到14 M3温度为95℃的底水中，边加钛液边加热搅拌，在25 min将该体系加热到第一次沸腾，保持微沸，直至体系钢灰色，停止加热和降低搅拌速度约35min，后继续加热和搅拌到第二次沸腾，维持体系微沸状态30min；向体系缓慢补加稀释水，并维持整个体系微沸状态直到水解结束，水解反应时间为3.5h，得水解料。将水解料一次压滤洗涤、Ti3+还原漂白、加煅烧晶种、二次压滤洗、添加K、P、Al盐处理剂、转窑煅烧、雷蒙磨研磨、无机包膜等后处理，得到产品。本实例及以下对比实施例中，压滤洗涤均为车间压滤机压滤洗涤，压滤的压力为0.4~0.5MPa、Ti3+还原漂白均按本领域常规工艺并采用铝粉还原硫酸氧钛制备的Ti3+还原剂，煅烧晶种（同实例1），金红石型TiO2 转化率R≥98%。
对比实例（大生产）
65M3浓度为240g/L的浓钛液预热到98℃，在25 min内加入到17 M3温度为98℃的底水中，边加钛液边加热搅拌，在25 min将该体系加热到第一次沸腾，保持微沸，直至体系钢灰色，停止加热和降低搅拌速度约35min，后继续加热和搅拌到第二次沸腾，维持体系微沸状态35min；向体系缓慢补加稀释水，并维持整个体系微沸状态直到水解结束，水解反应时间为3.5h，得水解料。将水解料进行一次压滤洗涤、Ti3+还原漂白、加煅烧晶种、二次压滤洗、添加K、P、Al盐处理剂、转窑煅烧、雷蒙磨研磨、无机包膜等后处理，得到产品。
表1为采用本发明实施例的方法和对比实施例的方法水解和相同后处理得到的金红石钛白粉的产品质量方面的对比，结果如下：
表1
Figure 201110229322X100002DEST_PATH_IMAGE001
 。
由表1 可见，采用本发明的方法后，水解率变化不大，主要是水解后水解料洗涤效果差异，特别是大生产两种（实施例4和对比例）水解料的差异很大，一次压滤洗涤后Fe含量降低明显，二次压滤洗涤后Fe含量也更低，对产品质量的亮度、白度提高很大，其亮度和白度均高于原高浓度钛液水解的产品质量。
本发明的方法简单易行，对现有工艺流程没有改变，仅仅降低钛液浓度，减少底水量，可改善洗涤，节约浓缩蒸汽，降低成本，提高质量，可行性强，应用前景广。
最后需要说明，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。

Claims (2)

1. 一种低浓度钛液制备高亮度金红石钛白粉的水解方法，包括如下步骤：a、向水解锅内加入预热的底水；b、取经过预热的钛液并缓慢加入到所述底水中，c、加热步骤b所得物料至沸腾，并保持微沸状态至该物料变为钢灰色，然后停止加热并降低搅拌速度；d、再次升温物料至微沸，并保持微沸状态20～35min；e、于微沸状态下向物料内加入稀释水，并继续保持微沸状态至水解结束；其特征在于：步骤b所述钛液浓度的总钛浓度为190～215g/L；底水与钛液的体积比为1:（4.5-6）。
2.根据权利要求1所述的水解方法，其特征在于：底水与钛液体积比为1:（5-5.5）。
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