CN104229877A - 钛白粉的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钛白粉的制作方法，属于化工原料制作技术领域。本发明通过下述技术方案来实现：将钛铁矿粉碎至320目左右，在酸解槽内，先投入浓度为86%～89%的硫酸，在压缩空气搅拌下投入矿粉，控制酸矿比1.54～1.65；在溶液中加入铁屑、铁粉还原剂，使其发生氧化还原反应，还原液中保持三价钛含量为2.5～4g/l；加入浓度为1%的改性聚丙烯酰胺，加入量是每立方米钛液加300～500ml，沉降时控制钛液比重1.52～1.53，温度60±5℃；钛液在真空条件下，使水份大量蒸发，绿矾结晶析出；将钛液真空浓缩，控制真空度在600mmHg以上，钛液温度70～80℃，加热蒸汽压力1.5～2.5kg/cm²。

Description

钛白粉的制作方法

技术领域

本发明属于化工原料制作技术领域，尤其涉及一种钛白粉的制作方法。

背景技术

钛白粉的主要应用领域：涂料、塑料、油墨、造纸，其中涂料占60%，塑料占20%、造纸占14%，其它（含化妆品、化纤、电子、陶瓷、搪瓷、焊条、合金、玻璃等领域）占6%。

钛白粉在橡胶行业中既作为着色剂，又具有补强、防老化、填充作用。在白色和彩色橡胶制品中加入钛白粉，在日光照射下，耐日晒，不开裂、不变色，伸展率大及耐酸碱。橡胶用钛白粉，主要用于汽车轮胎以及胶鞋、橡胶地板、手套、运动器材等，一般以锐钛型为主。但用于汽车轮胎生产量，常加入一定量的金红石型产品，以增强抗臭氧和抗紫外线能力。

钛白粉在化妆品中应用也日趋广泛。由于钛白粉无毒，远比铅白优越，各种香粉几乎都用钛白粉来代替铅白和锌白。香粉中只须加入5%-8%的钛白粉就可以得到永久白色，使香料更滑腻，有附着力、吸收力和遮盖力。在水粉和冷霜中钛白粉可减弱油腻及透明的感觉。其他各种香料、防晒霜、皂片、白色香皂和牙膏中也可用钛白粉。一、化妆品级二氧化钛分为油性和水性钛白粉。由于它化学性质稳定，折射率高、不透明度高、遮盖力高、白度好、且无毒害，被广泛应用于化妆品领域，起美容美白的功效。

发明内容

本发明提供一种钛白粉的制作方法，通过下述技术方案来实现：

（1）将钛铁矿粉碎至320目左右，在酸解槽内，先投入浓度为86%～89%的硫酸，在压缩空气搅拌下投入矿粉，控制酸矿比1.54～1.65；

（2）在溶液中加入铁屑、铁粉还原剂，使其发生氧化还原反应，还原液中保持三价钛含量为2.5～4g/l；

（3）加入浓度为1%的改性聚丙烯酰胺，加入量是每立方米钛液加300～500ml，沉降时控制钛液比重1.52～1.53，温度60±5℃；

（4）钛液在真空条件下，使水份大量蒸发，绿矾结晶析出；

（5）将钛液真空浓缩，控制真空度在600mmHg以上，钛液温度70～80℃，加热蒸汽压力1.5～2.5kg/cm2。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明作进一步的说明。

钛铁矿的粉碎

从矿区运回的经过精选的钛铁矿（TiO247%～50%），粒度比较粗，与硫酸不能直接反应，因此用雷蒙磨按工艺要求粉碎至320目左右，以使酸解反应顺利进行，得到较高的酸解率。

酸解

酸解采用固相法。在酸解槽内，在强烈压缩空气搅拌下，先投入浓度为86%～89%的硫酸，然后再投入矿粉，控制酸矿比1.54～1.65，使矿粉与硫酸充分混合，最后加入稀释水（或废酸），并通入蒸汽直接加温到80℃～100℃，使酸解反应顺利进行。为了提高酸解率，成熟时间一般控制在1～3小时。

浸取

酸解成熟后的固相物，加入水或稀钛液，在压缩空气搅拌下，使多孔状固相物溶解，得到硫酸氧钛溶液。溶液的最终浓度一般应含TiO2110～130g/l，比时溶液比重约为1.52～1.53。

为了调节浸出液的F值（有效酸与总钛含量的比值），并节约浓硫酸，浸取时常添加废硫酸。根据酸解固体产物的不同，浸取时间一般为5～12小时。

还原

在钛铁矿粉中，铁以二价与三价两种不同状态存在，因此浸出液中既有硫酸亚铁FeSO4，又有硫酸高铁Fe2(SO4)3，这两种铁盐在一定条件下会发生水解而生成Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀。而硫酸高铁Fe2(SO3)3在溶液中的危害性较大，因为即使在酸性溶液（PH≥2.5）中，它也容易水解，生成氢氧化铁沉淀。在偏钛酸洗涤时，它会变成沉淀而混杂于其中，煅烧时变成红棕色的三氧化二铁而污染成品，因而在钛液中不允许有高铁存在，要把高铁全部还原成亚铁。

工业上常采用化学还原法将高价铁还原成亚铁。就是在溶液中加入铁屑，铁粉等还原剂使其发生氧化还原反应。

为了保证溶液中三价铁全部还原为二价铁，还原反应应略微过度，此时溶液中就有少量四价钛还原为三价钛，三价钛的存在，可以保证三价铁还原完全。因为在反应中三价铁先还原为二价铁，然后再是四价铁还原为三价钛。因而，在实际生产操作中，还原液中应保持三价钛含量为2.5～4g/l（以TiO2折算）。

沉降

沉降的目的中把钛液中不溶性杂质，特别是胶体除去。工业生产中常用高分子絮凝剂（改性聚丙烯酰胺）作沉降剂。改性聚丙烯酰胺的加入量是每立方米钛液加300～500ml（浓度为1%），沉降时控制钛液比重1.52～1.53，温度60±5℃。

经沉降得到的清液抽去下工段真空结晶，下面部分的残渣还含有一定量的钛液，用压滤机过滤，滤液回收，残渣（干基含TiO240～50%，含Fe10～25%）一般废弃，也可回用部分。

结晶

从钛铁矿经分解得到的钛液中，尚含有大量的硫酸亚铁；结晶的目的，便是要使它成为晶体析出，加以回收，使之与钛液分离。

目前较先进的结晶方法是采用真空浓缩结晶方法使绿矾（FeSO4。7H2O）从钛液中析出。真空浓缩结晶是将钛液在真空条件下，使水份大量蒸发，以提高钛液中的硫酸亚铁浓度，当浓度超过了它的溶解度时，绿矾便结晶析出。真空浓缩结晶设备是结晶锅，锅顶有真空管道与抽真空装置连接。

真空浓缩结晶在生产中控制的条件主要是真空度、钛液的温度、浓度、粘度。

真空浓缩结晶法避免了通常冷冻结晶法将钛液先冷冻后在水解时又加温这一不合理的过程，节约了能源。

晶体分离

在生产中常用过滤的方法从钛液中分离绿矾晶体。晶体分离后，为了回收晶体间隙中的残留钛液，还需用水冲洗。

生产中常用的过滤设备是真空过滤槽和离心机。本方案采用具有国际先进水平的转台（平盘）式真空过滤机，实现绿矾晶体的连续分离和冲洗。

在用水冲洗时为了尽量减少绿矾的重新溶解，而又要将晶体冲洗干净，以回收残留钛液。冲洗一般分两次进行，第一次冲洗用上批晶体第二次冲洗过的水，其洗液可在不影响钛液指标的情况下并入过滤的钛液内，或作为酸解固体浸出之用；第二次冲洗用自来水，其洗液保留作为下批晶体第二次冲洗之用。

分离得到的滤液送下工段浓缩或水解；分离出来的绿矾晶体（FeSO4。7H2O）作为副产品出售。

钛液的浓缩

为了制得具有优越颜料性能的钛白粉，要求水解后得到的水合二氧化钛的颗粒细而均匀。实践证明，要将钛液的浓度提高到二氧化钛含量在190g/l以上时，才能生产出具有优越颜料性能的钛白。为此，生产颜料钛白粉必须先将钛液浓缩，提高其浓度，使之符合颜料钛白粉生产的要求。

目前国内钛白生产中钛液浓缩一般采用真空薄膜浓缩器连续浓缩。真空浓缩一般控制真空度在600mmHg以上，钛液温度70～80℃，加热蒸汽压力1.5～2.5kg/cm2。

水解

水解的目的是为了制取符合一定的组成和粒子大小的水合二氧化钛（俗称偏钛酸）。这种水合二氧化钛沉淀实际上是一些凝聚体，其结构比较复杂，而且因水解条件的不同而各有所差异，可用通式TiO2. XSO3.YH2O来表示。

国内涂料钛白生产一般采用晶种法间接蒸汽加压水解。

水解的基本过程包括形成结晶中心，晶核的成长与沉淀的形成，偏钛酸粒子凝聚沉淀和溶液组成的改变。

锐钛型普通晶种的制备是一个酸碱中和反应。制备方法是取一定量的钛液，在搅拌下逐渐加入碱溶液中和至一定的酸度，然后加温熟化，使胶粒微晶化，可以不溶于稀酸中，并提高其“活性”，冷却至室温即可。

过滤洗涤

硫酸钛溶液水解得到的水合二氧化钛浆料含有大量游离硫酸及硫酸亚铁等杂质，这些杂质离子含量的高低直接影响二氧化钛成品的色相（白度）。水洗的目的是除去偏钛酸所吸附的母液中大量的铁、硫酸及其它可溶性杂质，得到纯净的偏钛酸。水洗的基本原理是利用硫酸及可溶性杂质离子的可溶性与水合二氧化钛的水不溶性而分离，因此水洗工序能大致洗净可溶性杂质。

生产上常用的水洗方法有真空过滤洗涤和离心过滤洗涤。真空过滤洗涤是利用抽真空造成的压力差，将滤液吸过过滤介面而将固体吸附在过滤介质表面，水洗时清水不断将溶解的杂质离子带过滤层。生产上最常用的真空过滤洗涤设备是叶滤机。离心过滤洗涤是利用高速旋转产生的离心力，在过滤介质两侧产生压力差，将滤液挥出滤层，从而达到分离和水洗的目的，生产上最常用的离心过滤洗涤设备是离心机。

盐处理

在生产涂料钛白时，偏钛酸在煅烧前需要加入碳酸钾K2CO3、磷酸H3PO4等添加剂，以提高钛白粉的某些颜料性能。

加入碳酸钾后的偏钛酸在煅烧时，脱硫温度低，锐钛型微晶体成长快，并能在较低的温度下较快地使煅烧物达到中性。从而防止了物料的烧结，减弱了由烧结而引起的钛白色变现象，使煅烧品颗粒松软，色泽洁白。

添加磷酸的主要作用是隐蔽杂质元素的显色，提高钛白粉的白度。因为加入磷酸可使铁质转化为高温下稳定的白色的磷酸高铁。

添加剂的加入量一般为K2CO30.5%（以TiO2计）；H3PO40.15%（以TiO2计）。

过滤

在硫酸法钛白生产中，影响钛白粉白度的主要杂技是铁。经过盐处理后再次过滤，用砂滤水或无离子水洗涤，是为了进一步除去偏钛酸浆料中的铁和水溶性盐等杂质。

煅烧

钛以二氧化钛的水合物形式从硫酸溶液中沉淀出来时，不仅带有大量的水而且吸附及夹带了一定量的硫酸。煅烧的目的就是在高温下，使俗称为偏钛酸的水合二氧化钛脱水、脱硫并形成一定晶形的钛白。

生产上常采用转窑高温煅烧，连续生产。煅烧过程按偏钛酸在各部位发生的不同变化，可以划分为干燥区250～800℃，晶型转化各部位发生的不同变化，可以划分为干燥区800～860℃和粒子成长区860～950℃三个区域。

干燥区（250～800℃）

在干燥区中，偏钛酸发生脱水和脱硫变化，附着在偏钛酸颗粒表面及夹带在颗粒间隙里的湿存水，一般在100～200℃脱掉；结合在偏钛酸分子内部的结合水，要在100～200℃才能脱掉。而偏钛酸所含的硫酸要在500～800℃之间，才能分解成三氧化硫和二氧化硫气体除去；

B、晶型转化区（800～860℃）

在晶型转化区中，成长着的锐钛型晶体向金红石型转化。一般硫酸法制得的偏钛酸中含有锐钛型微晶体，经煅烧后得到的是锐钛型钛白。这种锐钛型晶体通常在900℃以下是稳定的，当温度超过950℃时，就开始向金红石型晶型转化；

C、粒子成长区

在粒子成长区中，长大的晶体聚结成颜料粒子。细小的晶体聚结成颜料粒子需要获得一定的能量，煅烧温度越高，粒子成长的速度越快。而作为颜料钛白，最适合的粒度是0.20～0.35微米。为此，这个区域的温度应控制在860～950℃之间。

粉碎

粉碎是借助机械力的作用，将煅烧钛白粉碎成合适的细度。

Claims (1)

1.一种钛白粉的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将钛铁矿粉碎至320目左右，在酸解槽内，先投入浓度为86%～89%的硫酸，在压缩空气搅拌下投入矿粉，控制酸矿比1.54～1.65；

（2）在溶液中加入铁屑、铁粉还原剂，使其发生氧化还原反应，还原液中保持三价钛含量为2.5～4g/l；

（3）加入浓度为1%的改性聚丙烯酰胺，加入量是每立方米钛液加300～500ml，沉降时控制钛液比重1.52～1.53，温度60±5℃；

（4）钛液在真空条件下，使水份大量蒸发，绿矾结晶析出；

（5）将钛液真空浓缩，控制真空度在600mmHg以上，钛液温度70～80℃，加热蒸汽压力1.5～2.5kg/cm2。