CN1066043A - 等离子氯化法制备金红石型钛白粉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制备金红石型钛白粉的工艺和技 术。采用高钛渣和石油焦和氯气进行沸腾氯化，然后 使用精制的四氯化钛与高温等离子氧反应进行氧化， 经分级，包膜，干燥等工艺和技术，制备出金红石型 TiO₂。工艺流程自动化，产品性能稳定，应用广泛。

Description

本发明涉及制备金红石型钛白粉的工艺和技术。

目前生产钛白粉主要有硫酸法和氯化法，而硫酸法因流程长、“三废”污染严重、产品质量差而逐步被氯化法所取代，采用氯化法生产钛白粉在工艺和技术上存在下列一些主要问题：

一.普通的氯化炉不能适应含钙、镁、硅等杂质较高的原料，否则会造成堵塞现象。

二.在氧气加热工艺中，一般采用燃烧法（如借助于一氧化碳或市场上较紧的二甲苯），由于这类燃烧物直接与氧接触，燃烧后的产物会污染产品，并稀释了四氯化钛氧化反应产生的氯气，较低浓度的氯气会造成氯化反应不利。

三.晶型转化剂三氯化铝在氧化反应加入方法，通常采用溶解、过滤、蒸发、预热的工艺，不仅流程长、腐蚀严重、易堵塞工艺管路，并且还造成环境的严重污染。

四.采用通常方法，四氯化钛预热温度小于400～450℃，与氧混合初始反应不利。

五.四氯化钛氧化反应得到二氧化钛和氯气，二氧化钛经后处理制得成品，氯气返回氯化炉再利用，一般工艺中返回氯常受氧化炉操作的波动而波动，如开仃车波动更大会直接影响氯化炉的反应;而氯化炉的波动，更使得氧化炉反应不平稳，甚至较稀的氯气会使得消耗上升，由此可知在通常的工艺中氧化的氯气返回情况的好坏会直接影响两大工序（氯化与氧化）反应的好坏。

本发明的目的在于提供一种等离子氯化法制备金红石型TiO₂的新工艺和技术。

本发明的具体技术解决方案如下：

一）.采用大直径筛扳（1～1.2m）和无筛扳氯化炉解决钛渣（或人造金红石）的沸腾氯化，可使含、镁、硅等杂质较高的原料进行较完全反应。

二）.采用沉淀法（自然沉淀）除去粗四氯化钛中的不溶性杂质，采用分馏技术（使用分馏塔）除去高沸物硅，采用还原或萃取法除去杂质钒，通过采用上述提纯分离技术获得纯度99.9%以上的精制四氯化钛。

三）.氯化炉渣及泥浆中钛和钪经浮选、化学反应、萃取等技术得到回收和提纯，使渣中二氧化钛选至含量85以上。

四）.氧气加热采用等离子技术，可获得2000°～3000°K高温离子氧，装置容量可满足30～400KW范围任意选择。

可满足四氯化钛的蒸发、预热大型工业装置，预热温度可使四氯化钛气体达450～800℃。

五）.采取与氧化炉配套的晶型转化剂三氯化铝气相法加入工艺和技术，加入少量的三氯化铝可克服系统的腐蚀，有利于操作环境改善和钛白粉晶型转化率（达98%以上）。

六）.四氯化钛氧化制取钛白粉极其关键的核心设备是氧化炉，氧化炉的主要技术是原料的均匀混合;初始反应至终止反应必须在瞬时（0.1～1秒，甚至更少）间完成;反应必须在高温下（1300至1500℃）进行;反应物必须随气流迅速离开反应区，否则会形成熔融料而结疤堵塞反应区，使反应不正常很快堵塞炉膛，直至被迫仃止反应或烧毁炉膛;必须使反应完全进行，四氯化钛转化率＞99%;产生的二氧化钛为金红石型，达到98%以上;必须使氧化反应热迅速移去;反应后的二氧化钛颗粒度达到0.2～0.3μm以下占有70%以上，解决的办法是在规模较小装置上可采用低气速刮刀炉反应器（在三千吨级/年以下），规模较大的装置可采用无刮刀炉反应器。

七）.为保证氯化和氧化两大工序正常开车，本发明采用了低浓度氯气溶剂吸收和解析技术获得高纯度（＞92%）氯气，保持氯化反应正常进行;当氯化因故障暂时仃车时，氧化所产生的氯气用TiCl₄吸收，予热TiCl₄然后解析出Cl₂，可保持氧化工序正常运行，废气用Ca（OH）₂吸收。

八）.二氧化钛后处理工序中，选择二元或三元（Si、Al、Ti）包膜技术，获得产品性能优;包膜后产品经分选、二次过滤、再经干燥、气流粉碎、可获得产品优于日本R-820。

九）.氧化炉结构可根据装置性质选刮刀（结构及材质）或无刮刀（采用气幕、气吹、喷粒技术）炉，由炉头、混合、反应、中断反应等部分组成，各部均根据反应动力学流态学制取。

本发明的主要技术指标：

一.原料：

1.高钛渣：TiO₂＞90%

粒度：60～100目占70%

全通过40目

∑Fe＜2.0%

SiO₂＜6.0%

∑Ca.Mg＜1%

2.石油焦：应符合1^＃石油焦标准

3.氯气：Cl₂＞85%（V/V）

4.氧气：O₂＞99%（V/V）

5.铝：符合A_oo标准

或三氯化铝：AlCl₃≥99%

二.中间品：

1.粗四氯化钛：TiCl₄＞99%

2.精四氯化钛：V＜0.002%

Si＜0.002%

外观：无色液体

3.半成品二氧化钛：TiO₂＞99%

R型＞99%

粒度：0.2～0.3μm占70%

三.产品：天津化工厂钛白粉企业标准。

本发明中的主要反应设备技术控制点：

1.氯化炉：配料比  钛渣∶焦炭＝100∶30～35

反应段温度：800～900℃

渣：＜7%

炉顶尾气：Cl₂＜1%

CO∶CO₂为2～3∶1

2.氧化炉：

配料比：TiCl₄∶O₂＝1∶1.05～1.1（mol比）

反应温度：1300～1500℃

炉出口温度：＜700℃

TiCl₄转化率＞99%

RTiO₂＞98%

粒度（TiO₂）0.3μm以下达70%以上

达到连续120小时以上稳定运行。

3.返回氯气纯度＞85%

4.包膜：温度50～70℃（按要求任选）

pH值7～8

5.脱水：二段过滤滤并H₂O≤45%

6.干燥：H₂O≤0.5%

7.粉碎：粒度0.3μm以下达70%

8.产品：符合天津化工厂企业标准。

本发明的具体实施例如下述工艺流程所述：

图1是等离子氯化法制备金红石型钛白粉工艺流程图。

如图1所示，（1）是氯化，（2）是精制，（3）是蒸发器（4）是予热器，（5）气相反应器，（6）是等离子发生器，（7）是氧化反应器，（8）是收集，（9）是Cl₂提取，（10）是打浆，（11）是分级，（12）后处理，（13）是过滤，（14）是二次脱水，（15）是干燥，（16）是粉碎，（17）是成品。

上述工艺流程图可描述如下：

1.高钛渣与石油焦按需要配比均匀混合后进入氯化炉（1）与来自氧化反应器（7）的返回氯气反应生成粗TiCl₄，废气排空废渣排放回收处理。

2.粗TiCl₄需精制提纯除去杂质得到99.9%以上的精TiCl₄

3.精TiCl₄经蒸发器（3）液相转化为气相而后再经予热器（4）热至450～800℃任一范围内温度，同时，气相发生器（5）中晶型转化剂AlCl₃与TiCl₄按一定比例和TiCl₄蒸气混合后进入氧化反应器（7）

4.氧气经离子发生器（6）加热至2000°K以上进入氧化反应器（7）与TiCl₄蒸气在高温下快速反应生成TiO₂（固相）。

5.氧化生成的TiO₂经收集（8）气固分离，氯气返回氯化，TiO₂水打浆（10）后成液体，经分级（11），两级分选，一级振动筛，一级旋液分离，细颗粒小于1微米送去后处理（12），粗颗粒研磨后再分级。

6.后处理（12）过程中加入二元或多元助剂使其改性满足涂料级钛白需要。处理温度50～70℃，助剂加入量按TiO₂重量计算，按0.5%～3%配方加入。

7.后处理完的浆液经两级过滤（13）后再二次脱水（14），然后干燥（15），温度120～160℃，进料含水小于45%，出料含水小于1%。

8.干燥（15）后物料进行超微粉碎（16），平均粒度在0.3μm以下占70%，包装即为成品（17）。

本发明工艺先进操作连续化，产品性能稳定，质量高，用途广泛，倍受用户欢迎。

上述工艺流程可描述如下：

1.高钛渣与石油焦按需要配比均匀混合后，进入氯化炉与来自氧化的返回氯气反应生成粗TiCl₄，废气排空废渣排放回收处理。

2.粗TiCl₄需粗制提纯除去杂质得到99.9%以上的精TiCl₄。

3.精TiCl₄经蒸发器液相转化为气相而后再经予热器热至450～800℃任一范围内温度，同时，晶形转化剂AlCl₃气相发生器与TiCl₄按一定配比和TiCl₄蒸气混合后进入氧化反应器。

4.氧气经离子发生器加热至2000°K以上进入氧化反应器与TiCl₄蒸气在高温下快速反应生成TiO₂（固相）。

5.氧化生成TiO₂经收集气固分离，氯气返回氯化，TiO₂打浆成液体，经两级分选，一级振动筛，一级旋液分离，细颗粒＜1微米送去后处理，粗颗粒研磨后再分级。

6.后处理过程中加入二元或多元助剂使其改性满足涂料级钛白需要。处理温度50～70℃，助剂加入量按TiO₂重量计算，按0.5%～3%配方加入。

7.后处理完的浆液经两级过滤脱水送去干燥，温度120～160℃，进料含水＜45%，出料含水＜1%。

8.干燥后物料进行超微粉碎，平均粒度在0.3μm以下占70%，包装即为成品。

本发明工艺先进操作连续化，产品性能稳定，质量高，用途广泛，倍受用户欢迎。

Claims (10)

1、一种制备金红石型钛白粉的工艺方法，其特征在于：

1)，将高钛渣与石油焦均匀混合后放入氯化炉中，通入氯气在800～900℃温度下进行沸腾氯化，

2)，对氯化后得到的粗制四氯化钛进行分离提纯除去、镁、铁、硅和钒等杂质，得到精制四氯化钛，

3)，制得的精制四氯化钛液体在蒸发器中，转化为气相，并予热至450～800℃，

4)，气相四氯化钛与少量的晶型转化剂气相三氯化铝混合进入氧化炉，氧气经等离子发生器加热进入氧化炉，在1300～1500℃温度下，小于0.1秒内进行氧化反应生成固相二氧化钛，

5)，迅速将二氧化钛固体粉末移出反应区并使反应热在迅速移去，收集二氧化钛生成氯气返回氯化炉，

6)，将收集的二氧化钛颗粒粉末打浆成液体，经两级分选，小于1微米的细颗粒二氧化钛再进行后处理，粗颗粒研磨然后再分级，

7)，使用助剂在50～70℃温度下pH=7～8进行包膜后处理，

8)，将后处理后二氧化钛浆液，经两次过滤，进料含水小于45%，出料含水小于1%，

9)在120～160℃温度下干燥，超微粉碎，产品平均粒度在0.3μm以下占70%。

2、按照权项1所述的工艺方法，其特征在于钛渣∶焦炭＝100∶30～35。

3、按照权项2所述的工艺方法，其特征在于高钛渣中的二氧化钛含量大于90%，粒度60～100目占70%，氯气纯度大于85%。

4、按照权项1所述的工艺方法，其特征在于所述的钙、镁、铁杂质用自然沉淀法除去，硅用分馏法在分馏塔中除去，钒用还原或萃取法除去。

5、按照权项1所述的工艺方法，其特征在于四氯化钛与氧气的摩尔配料比为1∶1.05～1.1。

6、按照权项1或5所述的工艺方法，其特征在于所述的氧气是2000～3000°K高温离子氧。

7、按照权项1所述的工艺方法，其特征在于所述的移去反应物和反应热是采用低气速刮刀炉反应器或无刮刀反应器。

8、按照权项1所述的工艺方法，其特征在于所述的两级分选为一级振动筛，一级旋液分离。

9、按照权项1所述的工艺方法，其特征在于所述的助剂为钛、铝或Si中二元或三元成份进行包膜。

10、按照权项9所述的工艺方法，其特征在于助剂与二氧化钛的重量比为0.5～3%。

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