CN104356692B - 一种高流动性TiO2的制备方法及其有机表面处理机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高流动性TiO2的制备方法及其有机表面处理机构，属于TiO2制备技术领域。本发明的制备步骤为：一、研磨分散钛白粉粗品；二、对浆料进行无机表面处理；三、用去离子水抽滤洗涤浆料并干燥；四、预热高温袋滤器内腔室，控制蒸汽压力，输送蒸汽至高温袋滤器；五、待内腔室温度达200～300℃时，控制蒸汽温度为280～300℃；六、待内腔室温度达140～160℃时，使高温袋滤器保温；七、加入40～60％的有机硅类表面处理剂进入气流粉碎机，加量为3～5‰；同时进料进行有机表面处理。本发明选择气流粉碎阶段加入有机硅(硅油)对TiO2进行有机表面活性剂包膜，利用有机硅的润滑效果和较低的表面能，达到宏观上的高流动性。
Description
技术领域
本发明涉及TiO2制备技术领域，更具体地说，涉及一种高流动性TiO2的制备方法及其有机表面处理机构。
背景技术
TiO2的英文名为TitaniumDioxide，是应用最广泛的白色颜料。从世界范围上来说，TiO2颜料主要应用于涂料、塑料、造纸等领域，钛白粉工业的发展和整个国民经济的发展密切相关。
TiO2按照晶型大致分为金红石型、锐钛型、板钛型。由于金红石型钛白粉拥有晶格最小，晶格排列无方向性，稳定性好等诸多优点，如今市场上所使用钛白粉80％以上为金红石型钛白粉，以下内容所指钛白粉均为金红石型钛白粉。
迄今为止，TiO2的工业化生产方法主要有两种，即硫酸法和氯化法。而硫酸法和氯化法的粗品精加工处理大致相同，主要目的都是为了通过对金红石型钛白粉进行表面处理来克服钛白粉晶体的固有缺陷，使钛白粉的应用性能得到优化，满足客户需求。
钛白粉的表面处理分为无机表面处理和有机表面处理，而提高TiO2在各种介质的润湿、流动、表面张力、耐候等重要性能的处理方式为有机表面处理。在有机表面处理当中，钛白粉的流动性是不可或缺的重要性能之一。钛白粉流动性的好坏会影响到下游应用当中例如涂层的致密性、平滑性和持续性，钛白粉和树脂等溶剂的相容性和扩散性。流动性好，不仅能促进钛白粉其他应用性能的改善，还能大大节省如运输、水电气等的成本。因此，钛白粉的流动性是一项必须要重视的应用性能。
关于提高钛白粉的流动性，中国专利申请号201210588826.5，申请日为2012年12月29日，发明创造名称为：一种塑料色母粒专用型二氧化钛颜料的制备方法，该申请案公开了将二氧化钛粗品配制成二氧化钛浆料，用碱性溶液调节pH值，加入磷酸盐或磷酸，分散并研磨处理，加热升温，加入酸性铝盐化合物或碱性铝盐化合物，同时加入无机酸或无机碱，维持浆料pH值，熟化，在二氧化钛粒子表面形成第一层水合氧化铝包覆层；继续加入无机酸或无机碱，调节pH值，熟化；用去离子水洗，过滤；向滤饼中加入改性聚硅氧烷，高速分散，使得在水合氧化铝包覆层上形成第二层有机硅包覆层，干燥、气粉处理，得塑料色母粒专用型二氧化钛颜料。该申请案钛白粉综合性能优良，干粉流动性、分散性等能够达到国际色母粒专用钛白粉的水平。但该申请案主要目的为通过对钛白粉进行疏水性处理以提高钛白粉与塑料的配伍相容性和分散性，钛白粉流动性并非其主要改善目标。因此，该申请案未在决定钛白粉流动性好坏的关键因素--有机表面活性剂的选择上做过多研究，对有机表面活性剂的加入时机及加入条件也未做优化，钛白粉流动性能还有很大的提升空间。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明鉴于钛白粉应用领域对钛白粉的流动性能要求越来越高，而现有钛白粉工业化生产工艺不能很好地制备符合技术要求的钛白粉的问题，提供了一种高流动性TiO2的制备方法及其有机表面处理机构，本发明中无机表面包膜和有机表面包膜工艺相辅相成、优化配合，使得钛白粉颗粒表面缺陷减少、粒子整体圆润光滑；同时，本发明选择在气流粉碎阶段加入有机硅(硅油)对TiO2进行有机表面活性剂包膜，利用有机硅的润滑效果和较低的表面能，达到宏观上的高流动性，完全能够满足上下游客户对钛白粉流动性能的需求。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种高流动性TiO2的有机表面处理机构，包括高温袋滤器、气流粉碎机、有机处理剂计量泵、汽粉前料仓、蒸汽储罐、电加热器、预热风机和引风机，所述的电加热器、预热风机、引风机分别通过管道与高温袋滤器相连；所述的高温袋滤器上设置有压空脉冲阀、卸灰阀和蒸汽排空阀，该高温袋滤器通过管道与气流粉碎机连接，高温袋滤器连通气流粉碎机的管口处设置有温度探头；所述的气流粉碎机分别与有机处理剂计量泵、汽粉前料仓、蒸汽储罐相连。
更进一步地，所述的气流粉碎机与蒸汽储罐之间通过粉碎蒸汽管道和输送蒸汽管道连通。
本发明的一种高流动性TiO2的制备方法，其步骤为：
步骤一、破碎金红石型钛白粉粗品，用去离子水制成浆料，加入分散剂，控制pH为9.5～11，研磨分散；
步骤二、对步骤一所得浆料进行无机表面包膜处理；
步骤三、将无机表面处理后浆料用去离子水抽滤洗涤，至浆料电导率为20000～30000Ω·cm，再进行干燥，使浆料水分含量≤0.5～1％；
步骤四、开启电加热器，将电加热器出口温度设定为100～200℃，同时开启预热风机，预热高温袋滤器内腔室温度达70～100℃，关闭电加热器和预热风机；然后打开进口蝶阀，开启引风机并关闭蒸汽排空阀，控制粉碎蒸汽管道和输送蒸汽管道内蒸汽压力为1.5～2.0Mpa，输送蒸汽至高温袋滤器；
步骤五、待高温袋滤器内腔室温度达200～300℃时，执行减温操作控制蒸汽温度为280～300℃；
步骤六、待高温袋滤器内腔室温度达140～160℃时，开启压空脉冲阀和卸灰阀，调节粉碎蒸汽管道和输送蒸汽管道蒸汽输送压力，使高温袋滤器保温1～2小时；
步骤七、将引风机的频率设定为20～40Hz，启动有机处理剂计量泵，在气流粉碎机中加入质量百分比浓度为40～60％的有机硅类表面处理剂，加量为3～5‰；同时开启汽粉前料仓向气流粉碎机中进料，进行有机表面包膜处理，得高流动性TiO2。
更进一步地，步骤七所述的有机硅类表面处理剂为甲基硅油、乙基硅油、氢甲基硅油或苯基硅油。
更进一步地，步骤二所述无机表面包膜处理步骤为：
1)将步骤一所得浆料稀释至300～350g/L，升温至50～70℃，保温并在转速为500～700rpm的搅拌条件下用质量百分比浓度为10～30％的酸性溶液将浆料pH调整为4～5；
2)在1～2h内，将浓度均为100～200g/L的锆盐溶液与碱溶液并流加入步骤1)所得浆料中，控制浆料pH为7～9，熟化1～2h；所述锆盐溶液的加量为0.5～1.5％，碱溶液的加量为10～30％；
3)在1～1.5h内，将浓度为110～180g/L的酸性铝盐溶液加入步骤2)所得浆料中，控制浆料pH为4.5～5.0，熟化1～2h；所述酸性铝盐溶液的加量为1～3％；
4)在1.5～2h内，将浓度为100～220g/L的碱性铝盐溶液加入步骤3)所得浆料中，控制浆料pH为7.2～7.5。
更进一步地，步骤1)所述的酸性溶液为硫酸、盐酸或磷酸。
更进一步地，步骤2)所述的锆盐为硫酸锆或四氯化锆，锆盐溶液浓度以ZrO2计；所述的碱溶液为氢氧化钠或氨水。
更进一步地，步骤3)和4)所述的铝盐为硫酸铝、偏铝酸钠、三氯化铝、偏铝酸钾或偏铝酸铵，铝盐溶液浓度以Al2O3计。
更进一步地，步骤一所述分散剂为硅酸钠、六偏磷酸钠、三偏磷酸钠、分子量在1500～6000之间的聚羧酸盐、MIPA或PEG。
更进一步地，步骤一和步骤六中所用去离子水的电导率≤4μs·cm。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公开技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种高流动性TiO2的制备方法，其无机表面处理采用的包膜方案为锆铝包膜，通过在包膜过程中控制锆盐溶液、铝盐溶液等的加入速率、加入时机，特别是注意了包膜每一阶段对浆料pH的控制，不仅增加了钛白粉的耐候性和流动性，且浆料容易洗涤，电导率低；此外，本发明的有机表面处理工艺选择气流粉碎阶段加入有机硅(硅油)对TiO2进行有机表面活性剂包膜，利用有机硅的润滑效果和较低的表面能，降低钛白粉表面张力和自由能，无机表面包膜和有机表面包膜工艺相辅相成、优化配合，达到了钛白粉宏观上的高流动性；
(2)本发明的一种高流动性TiO2的有机表面处理机构，其电加热器和预热风机实现对高温袋滤器内腔室的预热，其粉碎蒸汽管道、输送蒸汽管道输送蒸汽至高温袋滤器，通过对蒸汽温度及压力的调控可实现高温袋滤器内腔室温度的优化，其有机处理剂计量泵能够投加精确计量的有机硅类表面处理剂，通过气流粉碎机的粉碎，获得的钛白粉粒径一般都在0.5μm以下，且有机表面包膜效果好，提高了钛白粉的相容性，屏蔽了钛白粉表面的活性基团，在钛白粉表面生成了位阻基团，使TiO2的流动性大大增加。
附图说明
图1为本发明的一种高流动性TiO2的有机表面处理机构的结构示意图。
示意图中的标号说明：
11、电加热器；12、进口蝶阀；21、预热风机；22、引风阀门；3、高温袋滤器；31、压空脉冲阀；32、温度探头；33、卸灰阀；34、蒸汽排空阀；4、引风机；5、气流粉碎机；61、有机处理剂计量泵；62、计量泵出口阀；71、汽粉前料仓；72、螺旋进料器；81、蒸汽储罐；82、粉碎蒸汽管道；83、输送蒸汽管道。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例的一种高流动性TiO2的制备方法，其步骤为：
步骤一、破碎煅烧晶种为铝盐的金红石型钛白粉粗品，粗品中TiO2含量在99％以上，此种粗品煅烧完全，杂质含量少，粒子形貌规整，总体粒径较大，表面能小，粒子间作用力小，从而宏观流动性较好。用电导率为4μs·cm的去离子水制成浓度为500g/L的浆料，加入3‰100g/L的硅酸钠作为分散剂(硅酸钠浓度以SiO2计)，控制浆料pH为9.5，研磨分散。
步骤二、对步骤一所得浆料进行无机表面包膜处理，具体过程为：
1)将步骤一所得浆料稀释至300g/L，升温至50℃，保温并在转速为500rpm的搅拌条件下用质量百分比浓度为10％的硫酸将浆料pH调整为4。
2)在1h内，将浓度均为100g/L的硫酸锆溶液(浓度以ZrO2计)与氢氧化钠溶液并流加入步骤1)所得浆料中，控制浆料pH为7，熟化1h；所述硫酸锆溶液的加量为0.5％，氢氧化钠溶液的加量为10％。
3)在1h内，将浓度为110g/L的硫酸铝溶液(浓度以Al2O3计)加入步骤2)所得浆料中，控制浆料pH为4.5，熟化1.5h；所述硫酸铝溶液的加量为1％(硫酸铝的加入量(以Al2O3计)为浆料中TiO2含量的1％)。
4)在1.5h内，将浓度为100g/L的偏铝酸钠溶液(浓度以Al2O3计)加入步骤3)所得浆料中，控制浆料pH为7.2。
步骤三、将无机表面处理后浆料用电导率为4μs·cm的去离子水抽滤洗涤，至浆料电导率为20000Ω·cm以减少杂质含量，再进行干燥，使浆料水分含量≤0.5％以减少水分对后续处理工艺的影响。
参看图1，本实施例为了获得更好地有机表面包膜效果，设计了高流动性TiO2的有机表面处理机构。本实施例的有机表面处理机构包括高温袋滤器3、气流粉碎机5、有机处理剂计量泵61、汽粉前料仓71和蒸汽储罐81、电加热器11、预热风机21和引风机4，所述的电加热器11、预热风机21、引风机4分别通过管道与高温袋滤器3相连。其中，电加热器11与高温袋滤器3的连接管道上设置有进口蝶阀12，预热风机与高温袋滤器3的连接管道上设置有引风阀门22。所述的高温袋滤器3上设置有压空脉冲阀31、卸灰阀33和蒸汽排空阀34，该高温袋滤器3通过管道与气流粉碎机5连接，高温袋滤器3连通气流粉碎机5的管口处设置有温度探头32，温度探头32用于实时测量高温袋滤器3内腔室温度。所述的气流粉碎机5分别与有机处理剂计量泵61、汽粉前料仓71、蒸汽储罐81相连。其中，气流粉碎机5与有机处理剂计量泵61的连接管道上设置有计量泵出口阀62，汽粉前料仓71通过螺旋进料器72与气流粉碎机5连通，所述的蒸汽储罐81与气流粉碎机5之间则通过粉碎蒸汽管道82和输送蒸汽管道83连通。
本实施例中电加热器11和预热风机21实现对高温袋滤器3内腔室的预热，粉碎蒸汽管道82、输送蒸汽管道83输送蒸汽至高温袋滤器3，通过对蒸汽温度及压力的调控可实现高温袋滤器3内腔室温度的优化，有机处理剂计量泵61能够投加精确计量的有机硅类表面处理剂，通过气流粉碎机5的粉碎，获得的钛白粉粒径一般都在0.5μm以下，提高了钛白粉的相容性。
应用本实施例的有机表面处理机构进行TiO2有机表面包膜的工艺如下：
步骤四、开启电加热器11，将电加热器11出口温度设定为100℃，同时开启预热风机21，将热风送入高温袋滤器3中，预热高温袋滤器3内腔室温度达70℃，停止电加热器11和预热风机21，并关闭引风阀门22。然后打开进口蝶阀12，同时开启引风机4并关闭蒸汽排空阀34，控制粉碎蒸汽管道82和输送蒸汽管道83内蒸汽压力为1.5Mpa，输送蒸汽至高温袋滤器3。
步骤五、待高温袋滤器3内腔室温度达200℃时，启动减温泵，先开启油泵再开水泵，并调整减温水压力，通过减温水阀门控制蒸汽温度为280℃。
步骤六、待高温袋滤器3内腔室温度达140℃时，开启压空脉冲阀31和卸灰阀33，逐步调节粉碎蒸汽管道82和输送蒸汽管道83蒸汽输送压力，使高温袋滤器3保温1小时。
步骤七、将引风机4频率设定为20Hz，取出高温袋滤器3的插板阀，启动有机处理剂计量泵61，加入质量百分比浓度为40％的甲基硅油进入气流粉碎机中，加量为3‰；同时开启汽粉前料仓71，启动螺旋进料器72向气流粉碎机5中进料，进行有机表面包膜处理，得高流动性TiO2。
值得说明的是，本发明为满足上下游客户对钛白粉流动性能越来越高的需求，通过使用适宜加量、适宜浓度的有机硅类表面处理剂--甲基硅油、乙基硅油、氢甲基硅油或苯基硅油，对干燥后的TiO2进行有机包膜，使处理后的钛白粉具有相当高的流动性能。发明人指出，提高钛白粉流动性的主要方式是有机表面处理，目前市场上常见的有机表面处理剂有PEG(聚乙二醇)600、PEG6000、TAM、TMP、TEA、甲基硅氧烷、三乙醇胺等。有机表面活性剂主要是通过亲水基团吸附在TiO2表面上，而有机表面活性剂上的亲油非极性基团则可与分散介质作用增强其湿润性、分散性、流动性和耐候性，故有机表面活性剂的选用决定了钛白粉流动性的好坏。而有机表面处理大体可在两个环节中进行：1)在无机表面处理后；2)在最终气流粉碎阶段。发明人在生产实践中总结得出，在无机表面处理后加入有机表面处理剂会影响处理剂和钛白粉颗粒间的吸附，造成有机表面处理剂严重的浪费，而在气流粉碎阶段通过将高温袋滤器内腔室调控到适宜温度，并通过气流粉碎机5将物料和有机表面处理剂充分混合、粉碎，有机表面处理剂的加入量能够显著减少，且有机表面包膜效果仍非常理想，大大节约了有机表面处理剂的用量，节约了钛白粉的生产成本。
此外，本发明的无机表面处理采用的包膜方案为锆铝包膜，通过在包膜过程中控制锆盐溶液、铝盐溶液等的加入速率、加入时机，特别是注意了包膜每一阶段对浆料pH的控制，使得钛白粉颗粒表面缺陷减少、粒子整体圆润光滑，不仅增加了钛白粉的耐候性和流动性，且浆料容易洗涤，电导率低。而本发明的有机表面处理工艺通过粉碎，使得钛白粉粒径一般都在0.5μm以下，采用较低自由能和易于扩散润湿的有机硅(硅油)对TiO2进行有机表面活性剂包膜，降低钛白粉表面张力和自由能，提高了钛白粉的相容性，屏蔽了钛白粉表面的极性基团，在钛白粉表面生成了位阻基团，无机表面包膜和有机表面包膜工艺相辅相成、优化配合，达到了钛白粉宏观上的高流动性，完全能够满足上下游客户对钛白粉流动性能的需求。
实施例2
本实施例的一种高流动性TiO2的有机表面处理机构基本同实施例1，本实施例制备高流动性TiO2的过程如下：
步骤一、将金红石型钛白粉粗品破碎后，用电导率为3.9μs·cm的去离子水制成浓度为550g/L的浆料，加入3.5‰120g/L的六偏磷酸钠作为分散剂(浓度以氧化物计)，控制浆料pH为9.8，研磨分散。
步骤二、对步骤一所得浆料进行无机表面包膜处理，具体过程为：
1)将步骤一所得浆料稀释至310g/L，升温至55℃，保温并在转速为550rpm的搅拌条件下用质量百分比浓度为15％的硫酸将浆料pH调整为4.3。
2)在1.2h内，将浓度均为120g/L的硫酸锆溶液(浓度以ZrO2计)与氨水并流加入步骤1)所得浆料中，控制浆料pH为7.5，熟化1.5h；所述硫酸锆溶液的加量为0.8％，氨水的加量为18％。
3)在1.4h内，将浓度为160g/L的三氯化铝溶液(浓度以Al2O3计)加入步骤2)所得浆料中，控制浆料pH为4.6，熟化1.6h；所述三氯化铝溶液的加量为1.2％。
4)在1.6h内，将浓度为120g/L的偏铝酸钾溶液(浓度以Al2O3计)加入步骤3)所得浆料中，控制浆料pH为7.3。
步骤三、将无机表面处理后浆料用电导率为4μs·cm的去离子水抽滤洗涤，至浆料电导率为22000Ω·cm以减少杂质含量，再进行干燥，使浆料水分含量≤0.6％以减少水分对后续处理工艺的影响。
步骤四、开启电加热器11，将电加热器11出口温度设定为120℃，同时开启预热风机21，将热风送入高温袋滤器3中，预热高温袋滤器3内腔室温度达80℃，停止电加热器11和预热风机21，并关闭引风阀门22。然后打开进口蝶阀12，同时开启引风机4(频率22Hz)并关闭蒸汽排空阀34，控制粉碎蒸汽管道82和输送蒸汽管道83内蒸汽压力为1.6Mpa，输送蒸汽至高温袋滤器3。
步骤五、待高温袋滤器3内腔室温度达210℃时，启动减温泵，先开启油泵再开水泵，并调整减温水压力，通过减温水阀门控制蒸汽温度为285℃。
步骤六、待高温袋滤器3内腔室温度达145℃时，开启压空脉冲阀31和卸灰阀33，逐步调节粉碎蒸汽管道82和输送蒸汽管道83蒸汽输送压力，使高温袋滤器3保温1.2h。
步骤七、将引风机4频率设定为22Hz，取出高温袋滤器3插板阀，启动有机处理剂计量泵61，加入质量百分比浓度为45％的氢甲基硅油进入气流粉碎机中，加量为3.5‰；同时开启汽粉前料仓71，启动螺旋进料器72向气流粉碎机5中进料，进行有机表面包膜处理，得高流动性TiO2。
实施例3
本实施例的一种高流动性TiO2的有机表面处理机构基本同实施例1，本实施例制备高流动性TiO2的过程如下：
步骤一、将金红石型钛白粉粗品破碎后，用电导率为3.5μs·cm的去离子水制成浓度为600g/L的浆料，加入3.8‰150g/L的MIPA(异丙醇胺)作为分散剂，控制浆料pH为10，研磨分散。
步骤二、对步骤一所得浆料进行无机表面包膜处理，具体过程为：
1)将步骤一所得浆料稀释至320g/L，升温至65℃，保温并在转速为600rpm的搅拌条件下用质量百分比浓度为20％的盐酸将浆料pH调整为4.5。
2)在1.4h内，将浓度均为140g/L的硫酸锆溶液(浓度以ZrO2计)与氢氧化钠溶液并流加入步骤1)所得浆料中，控制浆料pH为8，熟化1.4h；所述硫酸锆溶液的加量为1.0％，氢氧化钠溶液的加量为20％。
3)在1.4h内，将浓度为160g/L的硫酸铝溶液(浓度以Al2O3计)加入步骤2)所得浆料中，控制浆料pH为4.7，熟化1.4h；所述硫酸铝溶液的加量为1.4％。
4)在1.4h内，将浓度为160g/L的偏铝酸钠溶液(浓度以Al2O3计)加入步骤3)所得浆料中，控制浆料pH为7.4。
步骤三、将无机表面处理后浆料用电导率为3.5μs·cm的去离子水抽滤洗涤，至浆料电导率为24000Ω.cm以减少杂质含量，再进行干燥，使浆料水分含量≤0.7％以减少水分对后续处理工艺的影响。
步骤四、开启电加热器11，将电加热器11出口温度设定为140℃，同时开启预热风机21，将热风送入高温袋滤器3中，预热高温袋滤器3内腔室温度达85℃，停止电加热器11和预热风机21，并关闭引风阀门22。然后打开进口蝶阀12，同时开启引风机4(频率22Hz)并关闭蒸汽排空阀34，控制粉碎蒸汽管道82和输送蒸汽管道83内蒸汽压力为1.7Mpa，输送蒸汽至高温袋滤器3。
步骤五、待高温袋滤器3内腔室温度达220℃时，启动减温泵，先开启油泵再开水泵，并调整减温水压力，通过减温水阀门控制蒸汽温度为290℃。
步骤六、待高温袋滤器3内腔室温度达150℃时，开启压空脉冲阀31和卸灰阀33，逐步调节粉碎蒸汽管道82和输送蒸汽管道83蒸汽输送压力，使高温袋滤器3保温1.4h。
步骤七、将引风机4频率设定为28Hz，取出高温袋滤器3插板阀，启动有机处理剂计量泵61，加入质量百分比浓度为50％的苯基硅油进入气流粉碎机中，加量为4‰；同时开启汽粉前料仓71，启动螺旋进料器72向气流粉碎机5中进料，进行有机表面包膜处理，得高流动性TiO2。
实施例4
本实施例的一种高流动性TiO2的有机表面处理机构基本同实施例1，本实施例制备高流动性TiO2的过程如下：
步骤一、将金红石型钛白粉粗品破碎后，用电导率为4μs·cm的去离子水制成浓度为640g/L的浆料，加入4.8‰180g的PEG(聚乙二醇)作为分散剂，控制浆料pH为10.5，研磨分散。
步骤二、对步骤一所得浆料进行无机表面包膜处理，具体过程为：
1)将步骤一所得浆料稀释至340g/L，升温至68℃，保温并在转速为650rpm的搅拌条件下用质量百分比浓度为25％的磷酸将浆料pH调整为4.8。
2)在1.8h内，将浓度均为160g/L的硫酸锆溶液(浓度以ZrO2计)与氢氧化钠溶液并流加入步骤1)所得浆料中，控制浆料pH为8.5，熟化1.6h；所述硫酸锆溶液的加量为1.2％，氢氧化钠溶液的加量为25％。
3)在1.4h内，将浓度为180g/L的硫酸铝溶液(浓度以Al2O3计)加入步骤2)所得浆料中，控制浆料pH为4.8，熟化1.2h；所述硫酸铝溶液的加量为2.4％。
4)在1.6h内，将浓度为180g/L的偏铝酸铵溶液(浓度以Al2O3计)加入步骤3)所得浆料中，控制浆料pH为7.4。
步骤三、将无机表面处理后浆料用电导率为4μs·cm的去离子水抽滤洗涤，至浆料电导率为26000Ω.cm以减少杂质含量，再进行干燥，使浆料水分含量≤0.8％以减少水分对后续处理工艺的影响。
步骤四、开启电加热器11，将电加热器11出口温度设定为160℃，同时开启预热风机21，将热风送入高温袋滤器3中，预热高温袋滤器3内腔室温度达90℃，停止电加热器11和预热风机21，并关闭引风阀门22。然后打开进口蝶阀12，同时开启引风机4(频率26Hz)并关闭蒸汽排空阀34，控制粉碎蒸汽管道82和输送蒸汽管道83内蒸汽压力为1.8Mpa，输送蒸汽至高温袋滤器3。
步骤五、待高温袋滤器3内腔室温度达240℃时，启动减温泵，先开启油泵再开水泵，并调整减温水压力，通过减温水阀门控制蒸汽温度为295℃。
步骤六、待高温袋滤器3内腔室温度达155℃时，开启压空脉冲阀31和卸灰阀33，逐步调节粉碎蒸汽管道82和输送蒸汽管道83蒸汽输送压力，使高温袋滤器3保温1.6h。
步骤七、将引风机4频率设定为30Hz，取出高温袋滤器3插板阀，启动有机处理剂计量泵61，加入质量百分比浓度为55％的甲基硅油进入气流粉碎机中，加量为4.5‰；同时开启汽粉前料仓71，启动螺旋进料器72向气流粉碎机5中进料，进行有机表面包膜处理，得高流动性TiO2。
实施例5
本实施例的一种高流动性TiO2的有机表面处理机构基本同实施例1，本实施例制备高流动性TiO2的过程如下：
步骤一、将金红石型钛白粉粗品破碎后，用电导率为4μs·cm的去离子水制成浓度为650g/L的浆料，加入5‰200g/L的三偏磷酸钠作为分散剂，控制浆料pH为11，研磨分散。
步骤二、对步骤一所得浆料进行无机表面包膜处理，具体过程为：
1)将步骤一所得浆料稀释至350g/L，升温至70℃，保温并在转速为700rpm的搅拌条件下用质量百分比浓度为30％的硫酸将浆料pH调整为5。
2)在2h内，将浓度均为200g/L的四氯化锆溶液(浓度以ZrO2计)与氢氧化钠溶液并流加入步骤1)所得浆料中，控制浆料pH为9，熟化2h；所述四氯化锆溶液的加量为1.5％，氢氧化钠溶液的加量为30％。
3)在1.5h内，将浓度为180g/L的硫酸铝溶液(浓度以Al2O3计)加入步骤2)所得浆料中，控制浆料pH为5.0，熟化2h；所述硫酸铝溶液的加量为3％。
4)在2h内，将浓度为220g/L的偏铝酸钠溶液(浓度以Al2O3计)加入步骤3)所得浆料中，控制浆料pH为7.5。
步骤三、将无机表面处理后浆料用电导率为4μs·cm的去离子水抽滤洗涤，至浆料电导率为30000Ω.cm以减少杂质含量，再进行干燥，使浆料水分含量≤1.0％以减少水分对后续处理工艺的影响。
步骤四、开启电加热器11，将电加热器11出口温度设定为200℃，同时开启预热风机21，将热风送入高温袋滤器3中，预热高温袋滤器3内腔室温度达100℃，停止电加热器11和预热风机21，并关闭引风阀门22。然后打开进口蝶阀12，同时开启引风机4(频率26Hz)并关闭蒸汽排空阀34，控制粉碎蒸汽管道82和输送蒸汽管道83内蒸汽压力为2.0Mpa，输送蒸汽至高温袋滤器3。
步骤五、待高温袋滤器3内腔室温度达300℃时，启动减温泵，先开启油泵再开水泵，并调整减温水压力，通过减温水阀门控制蒸汽温度为300℃。
步骤六、待高温袋滤器3内腔室温度达160℃时，开启压空脉冲阀31和卸灰阀33，逐步调节粉碎蒸汽管道82和输送蒸汽管道83蒸汽输送压力，使高温袋滤器3保温2h。
步骤七、将引风机4频率设定为40Hz，取出高温袋滤器3插板阀，启动有机处理剂计量泵61，加入质量百分比浓度为60％的乙基硅油进入气流粉碎机中，加量为5‰；同时开启汽粉前料仓71，启动螺旋进料器72向气流粉碎机5中进料，进行有机表面包膜处理，得高流动性TiO2。
实施例1～5制备得到的高流动性TiO2与市售钛白粉的对比检测结果参看表1：
表1本发明制得钛白粉与市售钛白粉对比检测结果
备注：表中“市场样1”、“市场样2”、“市场样3”为市场上销售的钛白粉样品。表1中ΔE＝(ΔL2+Δa2+Δb2)1/2，表达两种颜色间的差距，用以衡量实验前后耐光性的颜色变化。
实施例6
本实施例的一种高流动性TiO2的制备方法及其有机表面处理机构，基本同实施例1，其不同之处在于：本实施例步骤一中使用的分散剂为分子量在1500～6000之间的聚丙烯酸钠。
实施例1～6所述的有机表面处理机构结构简单、制造成本低，所述的高流动性TiO2的制备方法，选择气流粉碎阶段加入有机硅(硅油)对TiO2进行有机表面活性剂包膜，无机表面包膜和有机表面包膜工艺相辅相成、优化配合，使得钛白粉颗粒表面缺陷减少、粒子整体圆润光滑，利用有机硅的润滑效果和较低的表面能，达到宏观上的高流动性。
Claims (10)
1.一种高流动性TiO2的有机表面处理机构，包括高温袋滤器(3)、气流粉碎机(5)、有机处理剂计量泵(61)、汽粉前料仓(71)和蒸汽储罐(81)，其特征在于：还包括电加热器(11)、预热风机(21)和引风机(4)，所述的电加热器(11)、预热风机(21)、引风机(4)分别通过管道与高温袋滤器(3)相连；所述的高温袋滤器(3)上设置有压空脉冲阀(31)、卸灰阀(33)和蒸汽排空阀(34)，该高温袋滤器(3)通过管道与气流粉碎机(5)连接，高温袋滤器(3)连通气流粉碎机(5)的管口处设置有温度探头(32)；所述的气流粉碎机(5)分别与有机处理剂计量泵(61)、汽粉前料仓(71)、蒸汽储罐(81)相连。
2.根据权利要求1所述的一种高流动性TiO2的有机表面处理机构，其特征在于：所述的气流粉碎机(5)与蒸汽储罐(81)之间通过粉碎蒸汽管道(82)和输送蒸汽管道(83)连通。
3.利用权利要求1所述的有机表面处理机构制备高流动性TiO2的方法，其步骤为：
步骤一、破碎金红石型钛白粉粗品，用去离子水制成浆料，加入分散剂，控制pH为9.5～11，研磨分散；
步骤二、对步骤一所得浆料进行无机表面包膜处理；
步骤三、将无机表面处理后浆料用去离子水抽滤洗涤，至浆料电导率为20000～30000Ω.cm，再进行干燥，使浆料水分含量≤0.5～1％；
步骤四、开启电加热器(11)，将电加热器(11)出口温度设定为100～200℃，同时开启预热风机(21)，预热高温袋滤器(3)内腔室温度达70～100℃，关闭电加热器(11)和预热风机(21)；然后打开电加热器(11)与高温袋滤器(3)的连接管道上设置的进口蝶阀(12)，开启引风机(4)并关闭蒸汽排空阀(34)，控制粉碎蒸汽管道(82)和输送蒸汽管道(83)内蒸汽压力为1.5～2.0MPa，输送蒸汽至高温袋滤器(3)；
步骤五、待高温袋滤器(3)内腔室温度达200～300℃时，执行减温操作控制蒸汽温度为280～300℃；
步骤六、待高温袋滤器(3)内腔室温度达140～160℃时，开启压空脉冲阀(31)和卸灰阀(33)，调节粉碎蒸汽管道(82)和输送蒸汽管道(83)蒸汽输送压力，使高温袋滤器(3)保温1～2小时；
步骤七、将引风机(4)的频率设定为20～40Hz，启动有机处理剂计量泵(61)，在气流粉碎机(5)中加入质量百分比浓度为40～60％的有机硅类表面处理剂，加量为3～5‰；同时开启汽粉前料仓(71)向气流粉碎机(5)中进料，进行有机表面包膜处理，得高流动性TiO2。
4.根据权利要求3所述的一种高流动性TiO2的制备方法，其特征在于：步骤七所述的有机硅类表面处理剂为甲基硅油、乙基硅油、氢甲基硅油或苯基硅油。
5.根据权利要求3所述的一种高流动性TiO2的制备方法，其特征在于：步骤二所述无机表面包膜处理步骤为：
1)将步骤一所得浆料稀释至300～350g/L，升温至50～70℃，保温并在转速为500～700rpm的搅拌条件下用质量百分比浓度为10～30％的酸性溶液将浆料pH调整为4～5；
2)在1～2h内，将浓度均为100～200g/L的锆盐溶液与碱溶液并流加入步骤1)所得浆料中，控制浆料pH为7～9，熟化1～2h；所述锆盐溶液的加量为0.5～1.5％，碱溶液的加量为10～30％；
3)在1～1.5h内，将浓度为110～180g/L的酸性铝盐溶液加入步骤2)所得浆料中，控制浆料pH为4.5～5.0，熟化1～2h；所述酸性铝盐溶液的加量为1～3％；
4)在1.5～2h内，将浓度为100～220g/L的碱性铝盐溶液加入步骤3)所得浆料中，控制浆料pH为7.2～7.5。
6.根据权利要求5所述的一种高流动性TiO2的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的酸性溶液为硫酸、盐酸或磷酸。
7.根据权利要求6所述的一种高流动性TiO2的制备方法，其特征在于：步骤2)所述的锆盐为硫酸锆或四氯化锆，锆盐溶液浓度以ZrO2计；所述的碱溶液为氢氧化钠或氨水。
8.根据权利要求7所述的一种高流动性TiO2的制备方法，其特征在于：步骤3)所述的铝盐为硫酸铝或三氯化铝，步骤4)所述的铝盐为偏铝酸钠、偏铝酸钾或偏铝酸铵，铝盐溶液浓度以Al2O3计。
9.根据权利要求4或5所述的一种高流动性TiO2的制备方法，其特征在于：步骤一所述分散剂为硅酸钠、六偏磷酸钠、三偏磷酸钠、分子量在1500～6000之间的聚羧酸盐、MIPA或PEG。
10.根据权利要求9所述的一种高流动性TiO2的制备方法，其特征在于：步骤一中所用去离子水的电导率≤4μs·cm。
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