CN107500346A - 一种用于装饰原纸钛白粉生产的原料制备方法 - Google Patents

一种用于装饰原纸钛白粉生产的原料制备方法 Download PDF

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Abstract

一种用于装饰原纸钛白粉生产的原料制备方法，属于装饰原纸钛白粉的技术领域，包括：A、选择细度325目筛余为10.0‑20.0％、200目筛余为0，水分≤0.5％，TiO2≥45％，Fe2O3≤8％，温度≤40℃的钛矿；选择浓度为30‑55％，温度≤40℃的硫酸；将硫酸与钛矿进行混合，冷却，得到钛矿预混物料；B、将上述钛矿预混物料置于反应槽中，搅拌，加入浓度为98％的硫酸进行反应，然后熟化；C、将熟化后的物料冷却，加入稀硫酸，再加入砂滤水，进行溶解；D、加单质铁粉于溶解后的液体中进行反应；E、将步骤D反应后的料液进行沉降，取上清液，过滤，得滤液固含量≤30mg/L的硫酸钛液。本方法操作稳定、酸解率高、质量指标稳定，用于硫酸法制备后制备钛白粉质量稳定。

Description

一种用于装饰原纸钛白粉生产的原料制备方法
技术领域
本发明属于装饰原纸钛白粉的技术领域，涉及用于装饰原纸钛白粉的原料硫酸钛液，具体涉及一种用于装饰原纸钛白粉生产的原料制备方法。本发明制备方法操作稳定、酸解率高、质量指标稳定，用于硫酸法制备后制备钛白粉质量稳定。
背景技术
目前，生产装饰原纸的钛白粉的方法有两种，一种是氯化法，其主要原料是气相TiCl4；一种是硫酸法，其主要原料是液相TiOSO4和Ti(SO4)2混合物(硫酸钛液)。国外装饰原纸钛白粉生产以氯化法为主，知名品牌基本上是氯化法生产；中国以硫酸法为主，占97％以上。
酸解是硫酸法钛白生产的第一步，通过硫酸分解钛矿制备硫酸钛液，根据设备不同酸解分为间歇和连续两种方法，目前以间歇酸解为主。酸解不仅影响钛的收率，而且关系着硫酸钛液的内在质量。
间歇酸解技术经过80多年的发展,工艺、设备基本定型，但酸解还是存在操作不稳定、酸解率低、质量指标不稳定的缺陷，这也是硫酸法钛白粉质量不稳定的一个主要原因之一。
硫酸法装饰原纸钛白粉生产要求硫酸钛液原料质量指标不同于涂料钛白粉、塑料钛白粉的要求。目前还没有关于专门用于装饰原纸钛白粉生产的硫酸钛液制备技术报道。
发明内容
本发明长期致力于硫酸法钛白粉生产实践和装饰原纸钛白粉应用研究，总结发现用于装饰原纸钛白粉生产的硫酸钛液酸比值(F值)相对低，这会影响硫酸钛液的稳定性，进而影响钛白粉的质量。为提高硫酸钛液的稳定性，本发明提供了一种用于装饰原纸钛白粉生产的原料制备方法。
本发明为实现其目的采用的技术方案是：
一种用于装饰原纸钛白粉生产的原料制备方法，包括以下步骤：
A、选择细度325目筛余为10.0-20.0％、200目筛余为0，水分≤0.5％，TiO2≥45％，Fe2O3≤8％，温度≤40℃的钛矿；选择浓度为30-55％，温度≤40℃的硫酸；将硫酸与钛矿按质量比0.35-0.55进行混合，冷却，得到钛矿预混物料；
B、将上述钛矿预混物料置于反应槽中，搅拌，按硫酸与钛矿质量比1.15-1.4加入浓度为98％的硫酸进行反应，然后熟化；
C、将熟化后的物料冷却，按0.4-1.0m3/t钛矿加入稀硫酸，再按3-5m3/钛矿加入砂滤水，进行溶解；即每吨钛矿中加入0.4-1.0m3的稀硫酸；
D、按50-70kg Fe/t钛矿加单质铁粉于溶解后的液体中进行反应；即每吨钛矿加50-70kg的铁；
E、将步骤D反应后的料液进行沉降，取上清液，过滤，得滤液固含量≤30mg/L的硫酸钛液。
步骤A中，混合时间为15-30min。
步骤A中，冷却控制物料温度≤40℃。
步骤B中，反应时间为10-15min。
步骤B中，熟化的温度为80-100℃，熟化时间为60-90min。
步骤C中，熟化后的物料冷却至50-70℃。
步骤C中，溶解的时间为3-5h，控制溶解过程物料温度＜80℃。
步骤D中，反应时间为1.0-2.0h，控制液体温度＜80℃。
步骤E中，沉降时，加入助沉剂，加入量按20L助沉剂/1m3料液，自然沉降2-4h。所述助沉剂为浓度为0.05-0.1％改性聚丙烯酰胺。
本发明的有益效果是：
本发明制备方法操作稳定、用酸量较传统技术用酸量减少，而硫酸钛液稳定性不变，酸解率高、质量指标稳定，用于硫酸法制备后制备钛白粉质量稳定。
以本发明制备的硫酸钛液为原料生产的装饰原纸钛白粉较传统的硫酸钛液为原料生产的装饰原纸钛白粉遮盖力提高1个百分点，节约钛白粉10-15％。
要将硫酸与钛矿先以质量比0.35-0.55进行预混，目的是保证磨后的钛矿能够达到适合于钛矿酸解所需的粒度分布，酸解过程中钛矿与硫酸充分接触，提高酸解率。
预混时，选择浓度为30-55％，温度≤40℃的硫酸，是因为温度高了会发生反应，提前加浓度为30-55％稀酸避免水解，水解会生成很坚硬的固体，需要再次破碎，操作有一定危险性。
本申请选择细度325目筛余为10.0-20.0％、200目筛余为0，水分≤0.5％，TiO2≥45％，Fe2O3≤8％，温度≤40℃的钛矿，细度控制可以降低研磨能耗，同时可以使酸解过程中钛矿与硫酸充分接触，增大酸解反应面积；水分控制是避免引起磨矿系统堵塞，研磨系统无法正常进行；对钛矿进行研磨的同时具有分级效果，选择出优质的钛矿粉出来，加快反应速率，提高酸解率，最大限度降低成本，同时对制备的硫酸钛液的稳定性提高有促进作用。
加入98％浓硫酸引发主反应，与浓度为30-55％硫酸结合与钛矿产生的杂质最少，酸解过程中钛矿与硫酸充分接触，对酸解的反应酸浓度影响最小，减小对钛液沉降影响，同时与钛白粉生产中产生的废酸结合，有一定的环保性。
加入砂滤水进行溶解，反应出来的是固体，溶解得到钛液，砂滤水是经过微孔砂芯过滤的水，可直接饮用。
具体实施方式
根据目前硫酸法钛白粉生产中硫酸钛液制备存在的问题，以及硫酸钛液制备没有针对性的缺陷，本发明从硫酸钛液质量指标入手，提供一套满足优质装饰原纸钛白粉生产要求的原料制备技术。下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
⑴钛矿预混合：①钛矿：细度325目筛余18％，200目筛余为0；水分0.38％；TiO246.45％；Fe2O36.83％；温度29℃。②硫酸：54.21％；温度28℃。③按硫酸与钛矿质量比：0.5混合，混合时间15min，冷却控制物料温度38℃。
⑵引发酸解：把预混合后物料放入反应槽中，搅拌，按硫酸与钛矿质量比1.40加入98％硫酸，反应10min，80℃熟化90min。
⑶冷却：物料温度冷却到59℃。
⑷溶解：按0.5m3/t钛矿加入20％稀硫酸，再按3m3/t钛矿加入砂滤水，溶解3小时。控制液体温度＜80℃。
⑸还原：按50kgFe/t钛矿加单质铁粉于溶解后的液体中，反应时间1.0小时。控制液体温度＜80℃。
⑹沉降过滤：还原反应完成后的硫酸钛混合物放入沉降槽，按20L助沉剂/1m3硫酸钛液，加入0.05％改性聚丙烯酰胺。自然沉降4小时，抽上部清液过滤，滤液固体含量23mg/L。
实施例2
⑴钛矿预混合：①钛矿：细度325目筛余16％，200目筛余为0；水分0.32％；TiO247.16％；Fe2O37.26％；温度28℃。②硫酸：54.53％；温度28℃。③按硫酸与钛矿质量比：0.55混合，混合时间20min，冷却控制物料温度36℃。
⑵引发酸解：把预混合后物料放入反应槽中，搅拌，按硫酸与钛矿质量比1.35加入98％硫酸，反应12min，90℃熟化60min。
⑶冷却：物料温度冷却到62℃。
⑷溶解：按0.4m3/t钛矿加入20％稀硫酸，再按2.5m3/t钛矿加入砂滤水，溶解2小时。控制液体温度＜80℃。
⑸还原：按60kgFe/t钛矿加单质铁粉于溶解后的液体中，反应时间1.5小时。控制液体温度＜80℃。
⑹沉降过滤：还原反应完成后的硫酸钛混合物放入沉降槽，按20L助沉剂/1m3硫酸钛液，加入0.05％改性聚丙烯酰胺。自然沉降3小时，抽上部清液过滤，滤液固体含量28mg/L。
实施例3
⑴钛矿预混合：①钛矿：细度325目筛余12％，200目筛余为0；水分0.30％；TiO246.82％；Fe2O35.49％；温度28℃。②硫酸：50.52％；温度28℃。③按硫酸与钛矿质量比：0.5混合，混合时间10min，冷却控制物料温度35℃。
⑵引发酸解：把预混合后物料放入反应槽中，搅拌，按硫酸与钛矿质量比1.20加入98％硫酸，反应10min，100℃熟化70min。
⑶冷却：物料温度冷却到55℃。
⑷溶解：按0.7m3/t钛矿加入20％稀硫酸，再按3m3/t钛矿加入砂滤水，溶解3小时。控制液体温度＜80℃。
⑸还原：按50kgFe/t钛矿加单质铁粉于溶解后的液体中，反应时间1.2小时。控制液体温度＜80℃。
⑹沉降过滤：还原反应完成后的硫酸钛混合物放入沉降槽，按20L助沉剂/1m3硫酸钛液，加入0.1％改性聚丙烯酰胺。自然沉降2小时，抽上部清液过滤，滤液固体含量28mg/L。
上述实施例制备的硫酸钛液控制较低酸比值指标F＝1.7-1.85(涂料钛白粉要求硫酸钛液F值1.85-2.1，塑料钛白粉用硫酸钛液F值1.9-2.1)，意味着酸解用硫酸量较少，硫酸钛液的稳定性(表示硫酸钛液变质的难易程度)降低，酸解率降低。测试上述实例硫酸钛液酸比值F、稳定性、酸解率以及制备钛白粉层压纸透明度等指标与现有技术比较。
从下表数据可知，本发明用酸量较传统技术用酸量少15-20％。硫酸钛液稳定性不变，酸解率提高，以硫酸钛液为原料生产的装饰原纸钛白粉遮盖力提高1个百分点，节约钛白粉10％左右。
表1硫酸钛液质量指标、酸解率、层压纸不透明性
样品名称 F值 稳定性，ml 酸解率，％ 不透明度，％
实施例1 1.80 400 96.66 91.32
实施例2 1.77 400 96.37 91.41
实施例3 1.71 400 96.48 91.37
参比样 1.95 400 95.83 90.35
注：稳定性为浓缩前的稳定性，属于稀释状态。

Claims (9)

1.一种用于装饰原纸钛白粉生产的原料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、选择细度325目筛余为10.0-20.0％、200目筛余为0，水分≤0.5％，TiO2≥45％，Fe2O3≤8％，温度≤40℃的钛矿；选择浓度为30-55％，温度≤40℃的硫酸；将硫酸与钛矿按质量比0.35-0.55进行混合，冷却，得到钛矿预混物料；
B、将上述钛矿预混物料置于反应槽中，搅拌，按硫酸与钛矿质量比1.15-1.4加入浓度为98％的硫酸进行反应，然后熟化；
C、将熟化后的物料冷却，按0.4-1.0m3/t钛矿加入稀硫酸，再按3-5m3/钛矿加入砂滤水，进行溶解；
D、按50-70kg Fe/t钛矿加单质铁粉于溶解后的液体中进行反应；
E、将步骤D反应后的料液进行沉降，取上清液，过滤，得滤液固含量≤30mg/L的硫酸钛液。
2.根据权利要求1所述的一种用于装饰原纸钛白粉生产的原料制备方法，其特征在于，步骤A中，混合时间为15-30min。
3.根据权利要求1所述的一种用于装饰原纸钛白粉生产的原料制备方法，其特征在于，步骤A中，冷却控制物料温度≤40℃。
4.根据权利要求1所述的一种用于装饰原纸钛白粉生产的原料制备方法，其特征在于，步骤B中，反应时间为10-15min。
5.根据权利要求1所述的一种用于装饰原纸钛白粉生产的原料制备方法，其特征在于，步骤B中，熟化的温度为80-100℃，熟化时间为60-90min。
6.根据权利要求1所述的一种用于装饰原纸钛白粉生产的原料制备方法，其特征在于，步骤C中，熟化后的物料冷却至50-70℃。
7.根据权利要求1所述的一种用于装饰原纸钛白粉生产的原料制备方法，其特征在于，步骤C中，溶解的时间为3-5h，控制溶解过程物料温度＜80℃。
8.根据权利要求1所述的一种用于装饰原纸钛白粉生产的原料制备方法，其特征在于，步骤D中，反应时间为1.0-2.0h，控制液体温度＜80℃。
9.根据权利要求1所述的一种用于装饰原纸钛白粉生产的原料制备方法，其特征在于，步骤E中，沉降时，加入助沉剂，加入量按20L助沉剂/1m3料液，自然沉降2-4h。
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