CN104119702A

CN104119702A - 一种高光泽、高耐候性金红石型钛白粉的锆铝包膜工艺

Info

Publication number: CN104119702A
Application number: CN201410347649.0A
Authority: CN
Inventors: 钟晓英; 范先国; 代堂军
Original assignee: Sichuan Lomon Titanium Industry Co Ltd
Current assignee: Longbai Sichuan Titanium Co., Ltd
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2034-07-22
Also published as: CN104119702B

Abstract

本发明公开了一种高光泽、高耐候性金红石型钛白粉的锆铝包膜工艺，它包括加热步骤，锆包膜步骤，铝包膜步骤和后续水洗、有机处理、气流粉碎步骤，其中所述锆包膜步骤中在钛白粉浆料中并流加入碱性锆溶液和硫酸，维持浆料pH值在8-11之间，碱性锆溶液的加入量以质量比ZrO₂/TiO₂=0.1-5%计，所述碱性锆溶液通过在过量的可溶性碳酸盐溶液中加入可溶性锆盐制得，其中M_CO32-:M_ZrO2≥1.5。本发明方法巧妙避免了在锆包膜过程中直接加入酸性溶液导致体系pH值改变跨越等电点引起的絮凝、沉淀现象，同时保证了锆的均匀分散，有效的提高了金红石型钛白粉的光泽度和耐候性。

Description

一种高光泽、高耐候性金红石型钛白粉的锆铝包膜工艺

技术领域

本发明涉及钛白粉生产技术领域，特别涉及一种金红石型钛白粉的锆铝包膜工艺。

背景技术

钛白粉，俗称二氧化钛，被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。在自然界中二氧化钛存在三种晶型：板钛型、锐钛型和金红石型。板钛型是不稳定的晶型，无工业利用价值，锐钛型和金红石型都具有稳定的晶格，是重要的白色颜料和瓷器釉料，与其他白色颜料比较有优越的白度、着色力、遮盖力、耐候性、耐热性、和化学稳定性，特别是没有毒性。

钛白粉的工业化生产方法一般分为硫酸法和氯化法。其中硫酸法是一种常见的传统的生产方法，其步骤一般包括：钛精矿与浓硫酸进行酸解反应生产硫酸氧钛、经沉降、结晶、水解生成偏钛酸；偏钛酸经一洗、漂白、二洗，盐处理、锻烧得到金红石型二氧化钛粗品；二氧化钛粗品经湿磨、砂磨、包膜和气粉，得到钛白粉产品。

为了提高钛白粉的耐候性和化学稳定性，改善二氧化钛在各种不同介质中的分散性，通常要对TiO₂进行表面处理。无机表面处理是在TiO₂粒子表面形成一层均匀的无色或白色无机氧化物膜，以堵塞TiO₂的光活化点，提高耐候性。有机处理是在TiO₂表面包膜一层有机氧化物膜或表面活性剂，使TiO₂粒子保持分散状态并可以在有机介质中更好地相容均匀地分散。对TiO₂进行表面处理，一般先进行无机表面处理，后进行有机表面处理。无机表面处理的材料一般用SiO₂(二氧化硅)、Al₂0₃(氧化铝)、ZrO(氧化锆)、ZnO(氧化锌)。国内通用产品常见包膜方式为锆铝包膜，其典型包膜过程包括加热步骤、锆包膜步骤、铝包膜步骤和后续水洗、有机处理、气流粉碎步骤，也就是将经砂磨工序粉碎合格的TiO₂料浆加热至50℃左右，加入分散剂，调整pH，在一定时间内一次性加入计量的硫酸锆完成锆包膜步骤，然后采用氢氧化钠缓慢调整体系pH在8-11之间，并流加入偏铝酸钠和硫酸完成铝包膜步骤，稳定体系pH不变，熟化，调整料浆至中性，水洗，有机处理和气流粉碎，得到分散性优良的颜料级金红石型钛白粉。该包膜过程中的锆包膜步骤，采用一次性加入计量的硫酸锆，由于硫酸锆溶液是强酸性，因此包膜料浆pH会从8-11的碱性环境逐步下降至1-2的酸性环境，由于金红石型二氧化钛的一个等电点在pH值为5-7之间（所谓等电点是指颗粒表面电位为0mv，此时颗粒间的分散无法通过静电排斥作用达到，因此颗粒料浆将发生失稳，絮凝，沉淀等一系列恶化分散性能的后果），因此随着硫酸锆的加入，在体系酸度降低而逐渐跃过等电点的过程中，二氧化钛颗粒发生团聚，后续的锆、铝包覆过程也仅仅是发生在二氧化钛的团聚体上，随着最终团聚体经气流粉碎解聚得到大量裸露，大量未经锆铝包膜处理的二氧化钛颗粒严重影响到钛白粉的分散性能和耐候性能。

发明内容

本发明的目的就在于针对现有技术中不足，提供一种金红石型钛白粉的锆铝包膜工艺，它可以提高钛白粉的分散性能和耐候性能，得到高分散、高耐候性的金红石型钛白粉。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：

一种高光泽、高耐候性金红石型钛白粉的锆铝包膜工艺，包括加热步骤，锆包膜步骤，铝包膜步骤和后续水洗、有机处理、气流粉碎步骤，其中所述锆包膜步骤是在钛白粉浆料中并流加入碱性锆溶液和硫酸，维持浆料pH值在8-11之间，碱性锆溶液的加入量以质量比ZrO₂/TiO₂=0.1-5%计，所述碱性锆溶液通过在过量的可溶性碳酸盐溶液中加入可溶性锆盐制得，其中M_CO32-:M_ZrO2≥1.5。

优选的是，所述可溶性锆盐选自硫酸锆、二氯氧锆；所述可溶性碳酸盐选自碳酸钠、碳酸钾。

更优的是，碱性锆溶液采用硫酸锆加入到过量的可溶性碳酸盐中制得，最好现制现用。因为碱性的锆的配位化合物在实验室恒温25℃下基本上能够稳定存在10天以上，但是随着存储温度的提高，稳定时间缩短，溶液中将产生大量沉淀，在工业现场实际生产中，现场温度波动较大，为了不增加温控成本，因此最好现制现用。

由于钛白粉的包膜过程需在pH为8-11的碱性环境下进行，如果直接将可溶性锆盐溶液加入钛白粉浆料中进行包膜，因为现有生产条件中使用的可溶性锆盐（如硫酸锆、二氯氧锆）均为酸性，而钛白粉浆料呈碱性，将会即刻产生沉淀，无法均匀分散，影响包覆效果。而若在浆料中加碱性锆盐，因为碱性锆盐如碳酸锆、氢氧化锆等均为不溶性盐，它们也很难均匀分散，达不到理想的包覆效果。

因此，本发明使用碱性可溶的锆溶液用于锆包膜步骤，保证锆的良好分散和包膜过程的碱性环境，该碱性可溶的锆溶液是通过将可溶性锆盐加入到过量的可溶性碳酸盐溶液中，锆离子与碳酸根形成碱性配位化合物从而得到的。该碱性锆溶液能够稳定存在，在制备过程中必须注意将锆盐溶液在搅拌状态下加入到可溶性碳酸盐溶液中，否则由于碱性锆盐溶液不能在酸性条件下存在，改变加料顺序得到的是氢氧化锆沉淀，而不是溶液；同时根据配位化合物的形成原理，配体数与金属离子达到化学计量所需要的最小物质的量的配比，可溶性碳酸盐溶液必须过量，同时由于大多数配位化合物都存在着分解平衡，因此为了维持配位化合物的稳定性，配体必须过量。

本发明通过将可溶性锆盐加入到过量的可溶性碳酸盐溶液中（M_CO32-:M_ZrO2＞1.5）得到碱性条件下的可溶性锆盐溶液，在钛白粉锆包膜过程中直接将其加入进行包膜，保证了包膜过程一直在碱性环境下进行，它不仅避免了酸碱相遇产生沉淀，使锆得到良好的分散，也避免了现有技术中由于酸性溶液的加入导致浆料pH值降低而跃过二氧化钛等电点而产生絮凝、沉淀现象，防止二氧化钛发生团聚，从而达到理想的包覆效果。

与现有技术相比，本发明方法巧妙避免了在锆包膜过程中直接加入酸性溶液导致体系pH值改变跨越等电点引起的絮凝、沉淀现象，同时保证了锆的均匀分散，有效的提高了金红石型钛白粉的光泽度和耐候性。

具体实施方式

为了更加清楚的理解本发明的目的、技术方案及有益效果，下面结合具体实施方式对本发明做进一步的说明，但并不将本发明的保护范围限定在以下实施例中。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的范围内。

实施例1：

将经砂磨工序粉碎合格的TiO₂料浆加热至50℃左右，加入分散剂，调整体系pH=10.0-10.5，在60min内并流加入计量的碱性锆溶液和硫酸溶液，维持体系pH在10.0-10.5之间（其中碱性锆溶液加量以ZrO₂/TiO₂=0.1 %计，碱性锆溶液通过在过量的碳酸钠溶液中加入硫酸锆制得，制得的碱性锆溶液中M_CO32-:M_ZrO2=1.5），熟化30min，并流加入偏铝酸钠和硫酸溶液，偏铝酸钠加入量Al₂O₃/TiO₂=3.5%，稳定体系pH=10.0-10.5之间，熟化30min，调整料浆至中性，水洗，有机处理和气流粉碎，得到金红石型钛白粉样品A，测试产品的20°光泽和耐候性。

实施例2：

将经砂磨工序粉碎合格的TiO₂料浆加热至50℃左右，加入分散剂，调整pH=8.0-9.5，在60min内并流加入计量的碱性锆溶液和硫酸溶液，维持体系pH在8.0-9.5之间（其中碱性锆溶液加量以ZrO₂/TiO₂=1.5 %计，碱性锆溶液通过在过量的碳酸钾溶液中加入硫酸锆制得，制得的碱性锆溶液中M_CO32-:M_ZrO2=2.5），熟化30min，并流加入偏铝酸钠和硫酸溶液，偏铝酸钠加入量Al₂O₃/TiO₂=3.5%，稳定体系pH=10.0-10.5之间，熟化30min，调整料浆至中性，水洗，有机处理和气流粉碎，得到金红石型钛白粉样品B，测试产品的20°光泽和耐候性。

实施例3：

将经砂磨工序粉碎合格的TiO₂料浆加热至50℃左右，加入分散剂，调整pH=10.5-11.0，在60min内并流加入计量的碱性锆溶液和硫酸溶液，维持体系pH在10.5-11.0之间（其中碱性锆溶液加量以ZrO₂/TiO₂=2.5 %计，碱性锆溶液通过在过量的碳酸钠溶液中加入二氯氧锆制得，制得的碱性锆溶液中M_CO32-:M_ZrO2=4.5），熟化30min，并流加入偏铝酸钠和硫酸溶液，偏铝酸钠加入量Al₂O₃/TiO₂=3.5%，稳定体系pH=10.0-10.5之间，熟化30min，调整料浆至中性，水洗，有机处理和气流粉碎，得到金红石型钛白粉样品C，测试产品的20°光泽和耐候性。

实施例4：

将经砂磨工序粉碎合格的TiO₂料浆加热至50℃左右，加入分散剂，调整pH=9.5-10.0，在60min内并流加入计量的碱性锆溶液和硫酸溶液，维持体系pH在9.5-10.0之间（其中碱性锆溶液加量以ZrO₂/TiO₂=5.0%计，碱性锆溶液通过在过量的碳酸钾溶液中加入二氯氧锆制得，制得的碱性锆溶液中M_CO32-:M_ZrO2=5.5），熟化30min，并流加入偏铝酸钠和硫酸溶液，偏铝酸钠加入量Al₂O₃/TiO₂=3.5%，稳定体系pH=10.0-10.5之间，熟化30min，调整料浆至中性，水洗，有机处理和气流粉碎，得到金红石型钛白粉样品D，测试产品的20°光泽和耐候性。

对比实施例1：

将经砂磨工序粉碎合格的TiO₂料浆加热至45-55℃左右，加入分散剂，调整pH=10.0-10.5，在60min内一次性加入计量的硫酸锆，其加量以ZrO₂/TiO₂=1.5 %，然后采用氢氧化钠缓慢调整体系pH在10.0-10.5之间，熟化30min，并流加入偏铝酸钠和硫酸溶液，偏铝酸钠加入量Al₂O₃/TiO₂=3.5 %，稳定体系pH不变，熟化30min，调整料浆至中性，水洗，有机处理和气流粉碎，得到金红石型钛白粉样品E，测试产品的20°光泽和耐候性。

对比实施例2：

将经砂磨工序粉碎合格的TiO₂料浆加热至50℃左右，加入分散剂，调整pH=10.0-10.5，在60min内并流加入计量的硫酸锆和氢氧化钠溶液，其加量以ZrO₂/TiO₂=1.5 %，熟化30min，维持体系pH在10.0-10.5之间，熟化30min，并流加入偏铝酸钠和硫酸溶液，偏铝酸钠加入量Al₂O₃/TiO₂=3.5 %，稳定体系pH=10.0-10.5之间，熟化30min，调整料浆至中性，水洗，有机处理和气流粉碎，得到金红石型钛白粉样品F，测试产品的20°光泽和耐候性。

从实验数据可以看出：本发明提供的锆铝包膜工艺可以大幅度提高钛白粉产品的光泽和耐候性能。

Claims

1.一种高光泽、高耐候性金红石型钛白粉的锆铝包膜工艺，包括加热步骤，锆包膜步骤，铝包膜步骤和后续水洗、有机处理、气流粉碎步骤，其特征在于：所述锆包膜步骤中在钛白粉浆料中并流加入碱性锆溶液和硫酸，维持浆料pH值在8-11之间，碱性锆溶液的加入量以质量比ZrO₂/TiO₂=0.1-5%计，所述碱性锆溶液通过在过量的可溶性碳酸盐溶液中加入可溶性锆盐制得，其中M_CO32-:M_ZrO2≥1.5。

2.根据权利要求1所述的一种高光泽、高耐候性金红石型钛白粉的锆铝包膜工艺，其特征在于：所述可溶性锆盐选自硫酸锆、二氯氧锆。

3.根据权利要求2所述的一种高光泽、高耐候性金红石型钛白粉的锆铝包膜工艺，其特征在于：所述可溶性锆盐为硫酸锆。

4.根据权利要求1所述的一种高光泽、高耐候性金红石型钛白粉的锆铝包膜工艺，其特征在于：所述可溶性碳酸盐选自碳酸钠、碳酸钾。