CN105905941B - 一种硫酸法钛白粉工艺中低浓度水解方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硫酸法钛白粉工艺中低浓度水解方法，属于钛白粉生产领域，包括以下步骤：(1)将水预热后加入到水解锅中作为底水；(2)将200‑240g/L高浓度钛液A与160‑199g/L低浓度钛液B先后在15‑25分钟内连续加入到水解锅中，高浓度钛液A与低浓度钛液B的体积比为1:9～20:1；(3)后面按照常规水解方法进行操作。本发明提供了一种高效地、低耗地、优质地水解方法，可以制备颗粒形状及粒度分布好，遮盖力及其余颜料和光学性能优良的钛白粉，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

一种硫酸法钛白粉工艺中低浓度水解方法
技术领域
本发明涉及一种硫酸法钛白粉生产过程中自生晶种水解方法，属于钛白粉生产领域。
背景技术
钛白粉以其无毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，以及良好的遮盖力、着色力广泛应用于许多领域，如涂料、油墨、塑料、橡胶、纸张、陶瓷和合成纤维等行业。目前，我国的钛白粉主要采用硫酸法生产工艺。水解工序是硫酸法钛白粉的核心工序之一，水解过程即硫酸氧钛溶液水解生产水合二氧化钛的过程。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。有关钛液水解的专利和报道很多，但目前广泛应用的主要是两种：外加晶种水解法和自生晶种水解法。
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250-260g/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。
与外加晶种水解法相比，自生晶种水解法具有晶种效率高的特点，生产出的钛白粉颗粒形状和粒径分布好，且性能优良，是生产优质钛白粉最重要的方法之一。但自生晶种水解法要求的钛液浓度较高，还要求有较多的底水，这给前一工序硫酸氧钛溶液的浓缩工序提出了较高的要求，因此，与外加晶种水解法相比，自生晶种水解法增加了浓缩工序的难度和能耗。
申请号为201110229322.X的中国专利“低浓度钛液制备高亮度金红石钛白粉的水解方法”是按照体积比1：(4.5-6)将底水与190-215g/L的钛液预热后进行钛液水解，经过后续工序制得金红石钛白粉。该方法最低也只能将钛液浓度降至190g/L。
申请号为201310067153.3的中国专利“硫酸法钛白粉工艺中低浓度自生晶种水解方法”是将硫酸氧钛体积4-7.7％的热碱溶液(浓度3-7％，沸点)作为底水，与TiO2浓度190-210g/L的硫酸氧钛浓度预热后进行水解，经过后续操作得到钛白粉。该方法最低也只能降钛液浓度将至190g/L。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种硫酸法钛白粉工艺中低浓度水解方法，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，可以节约浓缩蒸汽，降低生产成本，同时提高产品质量。
一种硫酸法钛白粉工艺中低浓度水解方法，包括以下步骤：
(1)将水预热后加入到水解锅中作为底水；
(2)将200-240g/L高浓度钛液A与160-199g/L低浓度钛液B先后在15-25分钟内连续加入到水解锅中，高浓度钛液A与低浓度钛液B的体积比为1:9～20:1，混合后钛液浓度在160-180g/L范围内；
(3)后面按照常规水解方法进行操作。
其中，步骤(1)中加入水的量按照步骤(2)中水解锅中钛液浓度为160-180g/L计算。
水解方程式：Ti(SO4)2+H2O→TiOSO4+H2SO4；
Ti(SO4)2+H2O→TiOSO4+H2SO4；
TiOSO4+2H2O→H2TiO3↓+H2SO4。
本工艺中，步骤(1)和步骤(2)中底水及钛液均各自预热到90～98℃，步骤(2)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。
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。
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。
本发明的技术效果：
1.本发明采用200-240g/L高浓度钛液A与160-199g/L低浓度钛液B先后在15-25分钟内连续加入到水解锅中，代替只加入高浓度200-240g/L的钛液，本发明通过高低浓度钛液两步水解，进而实现降低平均浓度的方法，最低可降低至165g/L，从而减少了浓缩量，可以大大降低浓缩成本，因而具有较大的经济优势；
2.通过采用以上方法，既保证了晶种生成过程正常进行，又可以获得颗粒形状和粒度分布均匀，颜料和光学性能良好的钛白粉。
因此本发明提供了优化水解方案，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。
具体实施方式
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
加入10.6m3预热至98℃底水至水解锅，然后加入98℃5.4m3浓度240g/L的钛液，之后再加入49m3浓度199g/L的钛液，两种钛液在25分钟内加完，之后按照常规水解进行操作，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1-7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
加入15.4m3预热至98℃底水至水解锅，然后加入预热到96℃的44.6m3浓度240g/L的钛液，之后加入预热到96℃的5m3浓度199g/L的钛液，钛液在15分钟内加完，之后按照常规水解进行操作，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3
加入4.7m3预热至98℃底水至水解锅，然后加入预热到98℃的6m3浓度240g/L的钛液，之后加入预热到98℃的54.3m3浓度165g/L的钛液，硫钛液在22分钟内加完，之后按照常规水解进行操作，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
加入17.5m3预热至98℃底水至水解锅，然后加入预热到98℃的42.8m3浓度240g/L的钛液，之后加入预热到98℃的4.8m3浓度165g/L的钛液，钛液在18分钟内加完，之后按照常规水解进行操作，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5
加入12.8m3预热至98℃底水至水解锅，然后加入预热到96℃的5.2m3浓度200g/L的钛液，之后加入预热到96℃的47m3浓度199g/L的钛液，钛液在20分钟内加完，之后按照常规水解进行操作，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6
加入3.3m3预热至98℃底水至水解锅，然后加入预热到98℃的6.2m3浓度200g/L的钛液，之后加入预热到98℃的55.5m3浓度165g/L的钛液，钛液在25分钟内加完，之后按照常规水解进行操作，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7
加入8.8m3预热至98℃底水至水解锅，然后加入预热到98℃的50.6m3浓度200g/L钛液，之后加入预热至98℃的5.6m3浓度165g/L钛液，钛液在20分钟内加完，之后按照常规水解进行操作，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。
表1：实施例1-7各项实验指标
编号 水解率％ 亮度 干粉L
实施例1 95.18 94.59 98.01
实施例2 94.82 95.01 98.22
实施例3 95.21 95.18 98.24
实施例4 94.57 94.87 98.09
实施例5 95.36 95.22 98.31
实施例6 95.28 94.77 98.13
实施例7 94.43 95.04 98.12
另外，根据实施例1-7可知，采用本发明的方法，水解率均高于94％，且产品颜料性能均较优。通过本发明方法，在保证水解率和产品颜料性能的前提下，既能够提高钛白粉遮盖力，又能够降低水解所需硫酸氧钛溶液的平均浓度，从而又可以降低浓缩成本。

Claims (3)

1.一种硫酸法钛白粉工艺中低浓度水解方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将水预热后加入到水解锅中作为底水；
(2)将200-240g/L高浓度钛液A与160-165g/L低浓度钛液B先后在15-25分钟内连续加入到水解锅中，高浓度钛液A与低浓度钛液B的体积比为1:9，混合后钛液浓度在160g/L；
(3)后面按照常规水解方法进行操作。
2.根据权利要求1所述的一种硫酸法钛白粉工艺中低浓度水解方法，其特征在于：步骤(1)中加入水的量按照步骤(2)中水解锅中钛液浓度为160g/L计算。
3.根据权利要求1所述的一种硫酸法钛白粉工艺中低浓度水解方法，其特征在于：步骤(1)和步骤(2)中的水及钛液均需预热到90-98℃。
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