CN107640785A - 一种塑料色母粒用钛白粉的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种塑料色母粒用钛白粉的制备方法，采用本发明提供的方法制备得到的钛白粉白度高、分散性、遮盖力以及吸油量好，能够满足塑料行业对钛白粉性能的要求。对制备得到的塑料色母粒用钛白粉进行性能指标分析，结果表明，所述塑料色母粒用钛白粉的色相L值≥98.5％，b值≤1.4，a值≤0.3，分散性≥7.0，消色率为110％，吸油量为(11～13)g/100g。

Description

一种塑料色母粒用钛白粉的制备方法

技术领域

本发明涉及化工生产技术领域，具体涉及一种塑料色母粒用钛白粉的制备方法。

背景技术

钛白粉学名二氧化钛(TiO₂)，主要有金红石型和锐钛型两种晶型。钛白粉具有优越的白度、着色力以及遮盖力等优点，在所有白色颜料中折光指数最高，因而被认为是最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、印刷和橡胶等行业。

将钛白粉应用于塑料色母粒，除了利用它的高遮盖力、高着色力以及其它颜料性能之外，钛白粉还能提高塑料制品的耐热、耐光和耐候性。色母粒钛白粉位于色母粒的核心层，因此对其白度、分散性、遮盖力以及吸油量性能等要求比较高，传统工艺得到的钛白粉往往难以达到上述要求，如色相b值约为1.6～1.8，分散性约为6.5，吸油量约为(16～20)g/100g。因此如何改进现有工艺以获得白度更高、分散性、遮盖力以及吸油量更好的钛白粉产品成为急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种塑料色母粒用钛白粉的制备方法，制备得到的钛白粉白度高、分散性、遮盖力以及吸油量好，能够满足塑料行业对钛白粉性能的要求。

本发明提供了一种塑料色母粒用钛白粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)向浓缩钛液中加入氨水，至所得混合物料的pH值为2.4～2.6，以4.5～5.5℃/min的升温速率将所述混合物料升温至88～92℃，保温4.5～5.5min，得到水解晶种；其中，加入氨水的过程控制在9～11min内完成；

(2)将所述步骤(1)中的水解晶种与95～97℃的浓缩钛液混合，进行水解，得到水解偏钛酸浆料；

(3)将所述步骤(2)中的水解偏钛酸浆料进行洗涤，得到洗涤偏钛酸浆料；

(4)向所述步骤(3)中的洗涤偏钛酸浆料中依次加入煅烧金红石型晶种、ZnO、NH₄H₂PO₄、KOH溶液、Al₂(SO₄)₃和Ce₂(SO₄)₃，进行盐处理，得到盐处理偏钛酸浆料；

(5)将所述步骤(4)中的盐处理偏钛酸浆料进行过滤，将所述过滤得到的固体物料进行煅烧，得到粗品物料；

(6)将所述步骤(5)中的粗品物料进行粉碎和表面处理，得到塑料色母粒用钛白粉。

优选的，所述步骤(1)和步骤(2)中浓缩钛液的指标独立为：TiO₂含量≥205±3g/L、Ti³⁺含量为1.0～2.0g/L，F值为2.0～2.1、铁钛比为0.42～0.45、稳定性≥500、澄清度为合格。

优选的，所述步骤(1)中浓缩钛液和步骤(2)中浓缩钛液的质量比为1：(8.5～9.5)。

优选的，所述步骤(1)中氨水的质量百分含量为18～22％。

优选的，所述步骤(2)中水解包括以下步骤：

将所述水解晶种与95～97℃的浓缩钛液混合，28min内蒸汽加热至第一沸腾，停蒸汽保温25～35min，得到第一沸腾物料；

在90～120mmH₂O下、20min内将所述第一沸腾物料蒸汽加热至第二沸腾，保压140～160min，得到第二沸腾物料；

将所述第二沸腾物料稀释至TiO₂含量为155～165g/L，在90～120mmH₂O下、10min内蒸汽加热至第三沸腾，保压8～12min，得到水解偏钛酸浆料。

优选的，所述步骤(4)中洗涤偏钛酸浆料与煅烧金红石型晶种、ZnO、NH₄H₂PO₄、KOH溶液、Al₂(SO₄)₃和Ce₂(SO₄)₃的质量比为100：(7～18)：(0.10～0.16):(1～2):(1.3～2.5):(1～8)：(0.05～0.10)；其中，洗涤偏钛酸浆料和煅烧金红石型晶种的质量以TiO₂计，NH₄H₂PO₄、KOH溶液、Al₂(SO₄)₃和Ce₂(SO₄)₃的质量分别以P₂O₅、K₂O、Al₂O₃和Ce₂O₃计。

优选的，所述步骤(4)中煅烧金红石型晶种的制备方法，包括以下步骤：

向104～106℃的氢氧化钠溶液中加入109～111℃的洗涤偏钛酸浆料，得到混合体系，其中，加入洗涤偏钛酸浆料的过程控制在15～20min内完成；

将所述混合体系蒸汽加热至120～130℃，保温35～45min，得到正钛酸钠浆料；

将所述正钛酸钠浆料依次进行中和、洗涤，得到正钛酸浆料；

将所述正钛酸浆料蒸汽加热至59～61℃，加入盐酸至所得物料的pH值为1.0～1.2，以0.8～1.2℃/min的升温速率将所述物料升温至102～104℃，保温55～65min，30min内冷却至40～50℃，得到煅烧金红石型晶种。

优选的，所述NaOH溶液的质量百分含量为48～52％；以TiO₂计，所述偏钛酸浆料和NaOH溶液的质量比为1：(1.4～1.6)。

优选的，所述步骤(5)中煅烧包括依次进行的第一煅烧和第二煅烧；所述第一煅烧的温度为450～600℃，时间为6～8h；所述第二煅烧的温度为700～900℃，时间为8～10h。

优选的，所述步骤(6)中粉碎和表面处理，包括以下步骤：

将所述步骤(5)中的粗品物料与氢氧化铝凝胶混合，进行第一粉碎，得到粒径为0.6～45μm的第一粉粹物料；

将所述第一粉粹物料进行第二粉碎，得到粒径为0.3～0.5μm的第二粉粹物料；

将所述第二粉粹物料与三甲基氯硅烷混合，进行第三粉碎，得到粒径为0.23～0.27μm的塑料色母粒用钛白粉。

本发明提供了一种塑料色母粒用钛白粉的制备方法，包括水解晶种的制备、水解、洗涤、盐处理、过滤和煅烧、粉粹和表面处理步骤，其中，采用本发明提供的水解晶种进行水解，有利于使产品的粒径分布窄，提高白度和遮盖力；盐处理步骤中各试剂的选择、加料顺序和配比，尤其是稀土元素铈的加入，提高产品加工扭矩，防止在后续煅烧步骤时烧结，保证产品具有好的分散性，使产品的粒径分布窄及均匀，吸油量低，提高产品耐老化性能。采用本发明提供的方法制备得到的钛白粉白度高、分散性、遮盖力以及吸油量好，能够满足塑料行业对钛白粉性能的要求。对制备得到的塑料色母粒用钛白粉进行性能指标分析，结果表明，所述塑料色母粒用钛白粉的色相L值≥98.5％，b值≤1.4，a值≤0.3，分散性≥7.0，消色率为110％(以现有技术中钛白粉的消色率为基准)，吸油量为(11～13)g/100g。

具体实施方式

本发明提供了一种塑料色母粒用钛白粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)向浓缩钛液中加入氨水，至所得混合物料的pH值为2.4～2.6，以4.5～5.5℃/min的升温速率将所述混合物料升温至88～92℃，保温4.5～5.5min，得到水解晶种；其中，加入氨水的过程控制在9～11min内完成；

(2)将所述步骤(1)中的水解晶种与95～97℃的浓缩钛液混合，进行水解，得到水解偏钛酸浆料；

(3)将所述步骤(2)中的水解偏钛酸浆料进行洗涤，得到洗涤偏钛酸浆料；

(4)向所述步骤(3)中的洗涤偏钛酸浆料中依次加入煅烧金红石型晶种、ZnO、NH₄H₂PO₄、KOH溶液、Al₂(SO₄)₃和Ce₂(SO₄)₃，进行盐处理，得到盐处理偏钛酸浆料；

(5)将所述步骤(4)中的盐处理偏钛酸浆料进行过滤，将所述过滤得到的固体物料进行煅烧，得到粗品物料；

(6)将所述步骤(5)中的粗品物料进行粉碎和表面处理，得到塑料色母粒用钛白粉。

本发明向浓缩钛液中加入氨水，至所得混合物料的pH值为2.4～2.6，以4.5～5.5℃/min的升温速率将所述混合物料升温至88～92℃，保温4.5～5.5min，得到水解晶种；其中，加入氨水的过程控制在9～11min内完成。在本发明中，所述氨水的质量百分含量优选为18～22％，更优选为20％。

在本发明中，所述浓缩钛液的指标优选为：TiO₂含量≥205±3g/L、Ti³⁺含量为1.0～2.0g/L，F值为2.0～2.1、铁钛比为0.42～0.45、稳定性≥500、澄清度为合格。在本发明中，所述稳定性的测试方法，具体是取1mL待测液进行稀释，至所得稀释液20s后出现乳白色物质(偏钛酸)即为稳定性测试终点；用稀释的倍数来评价稳定性。在本发明中，具体的，取1mL浓缩钛液稀释到至少500mL，所得稀释钛液20s后出现乳白色物质，则所述浓缩钛液的稳定性≥500。

本发明对于所述浓缩钛液的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方法制备得到的浓缩钛液即可。在本发明中，所述浓缩钛液的制备方法，优选包括以下步骤：

(a)将钛矿与浓硫酸混合进行酸解，保温熟化，得到酸解固相物；所述浓硫酸的质量百分含量为83～87％；

(b)将所述步骤(a)中的酸解固相物与稀硫酸混合进行浸取，得到浸取液；所述稀硫酸的质量百分含量为25～30％；

(c)将所述步骤(b)中的浸取液与铁粉混合进行还原反应，得到还原液；

(d)将所述步骤(c)中的还原液与沉降剂混合进行沉降，得到的上清液作为钛液；

(e)将所述步骤(d)中的钛液依次进行结晶、过滤和浓缩，得到浓缩钛液。

本发明优选将钛矿与浓硫酸混合进行酸解，保温熟化，得到酸解固相物；所述浓硫酸的质量百分含量为83～87％。在本发明中，所述钛矿的指标优选为：以TiO₂计，钛含量为40～50％，金红石含量≤3％，高铁含量≤13％，亚铁与高铁的总含量≥94％，胶体性质杂质含量≤3％。本发明优选将钛矿进行粉碎，得到细度为320目的矿粉，然后与浓硫酸混合进行酸解；更优选是采用卧式球磨机将钛矿粉碎到细度为320目，且筛余物≤3.5％，得到矿粉。在本发明中，所述浓硫酸的质量百分含量优选为84～86％，更优选为85％。

本发明优选将矿粉与质量百分含量为96～98％的硫酸混合，然后加入水进行酸解，其中，加入水的过程控制在3min内完成。在本发明中，所述矿粉和质量百分含量为96～98％的硫酸的质量比优选为1：(1.5～1.7)，更优选为1:1.6。本发明对于所述水的加入量没有特殊的限定，能够保证硫酸浓度满足上述酸解条件即可。在本发明中，加入水后7～9min开始发生剧烈反应，以此计算酸解的时间，所述酸解的时间优选为2.5～3.5min，更优选为3min。在本发明中，所述保温熟化的温度优选为80～100℃，更优选为85～95℃，最优选为90℃；所述保温熟化的时间优选为120～140min，更优选为125～135min，最优选为130min。在本发明中，所述保温熟化优选通过蒸汽加热进行。在本发明中，酸解结束后，反应物逐步稠化并形成固相物，通过蒸汽加热进行保温熟化，硫酸分解反应会继续进行，有利于提高硫酸分解率。

得到酸解固相物后，本发明优选将所述酸解固相物与稀硫酸混合进行浸取，得到浸取液；所述稀硫酸的质量百分含量为25～30％。本发明优选将所述酸解固相物与质量百分含量为15～20％的硫酸混合，然后加入水进行浸取，得到浸取液；其中，加入水的过程控制在30～40min内完成。在本发明中，所得浸取液的指标优选为：TiO₂含量为120～135g/L，比重为48～51，F值为1.85～2.05。在本发明中，完成所述酸解后，所得酸解固相物中包含有游离硫酸，将所述酸解固相物与质量百分含量为15～20％的硫酸混合，再加入水后，形成液相体系，所述酸解固相物中包含的游离硫酸溶解到形成的液相体系中，最终使所得液相体系中硫酸的质量百分含量为25～30％，进行浸取。在本发明中，所述质量百分含量为15～20％的硫酸和水的加入量，一方面需要使浸取过程中所述液相体系中硫酸的质量百分含量为25～30％，另一方面需要使浸取结束后所得浸取液满足上述指标。在本发明的实施例中，所述质量百分含量为15～20％的硫酸优选采用工业废酸。在本发明中，所述浸取的温度优选为55～65℃，更优选为58～62℃，最优选为60℃；所述浸取的时间优选为5～12h，更优选为7～10h，最优选为8h。

得到浸取液后，本发明优选将所述浸取液与铁粉混合进行还原反应，得到还原液。本发明对于所述铁粉没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的用于进行还原反应的铁粉即可。在本发明中，所述铁粉的加入量能够保证所述浸取液中三价铁还原成二价铁即可。本发明优选将所述铁粉加入到浸取液中，其中，加入铁粉的过程控制在20～30min内完成，温度≤75℃。在本发明中，所述还原反应的时间优选为8～12min，更优选为10min。在本发明中，加入铁粉即开始进行还原反应，本发明所述还原反应的时间以铁粉加入完毕开始计时。

得到还原液后，本发明优选将所述还原液与沉降剂混合进行沉降，得到的上清液作为钛液。本发明对于所述沉降剂的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的沉降剂即可；在本发明的实施例中，具体采用Sb₂O₃和FeS作为沉降剂。在本发明中，所述Sb₂O₃和FeS的质量比优选为1：(1.8～2.2)，更优选为1:2。在本发明中，以TiO₂计，所述Sb₂O₃和FeS的总质量优选为所述还原液质量的1～4‰，更优选为2～3‰。在本发明中，所述Sb₂O₃优选以Sb₂O₃的盐酸溶液形式使用，所述Sb₂O₃的盐酸溶液的浓度优选为1.4～1.6kg/L，更优选为1.5kg/L；所述FeS直接采用固体FeS即可。本发明优选向所述还原液中依次加入Sb₂O₃的盐酸溶液和FeS，进行沉降，得到的上清液作为钛液；其中，加入Sb₂O₃的盐酸溶液的过程控制在2.5～3.5min内完成，加入FeS溶液的过程控制在4.5～5.5min内完成。在本发明中，所述沉降的时间优选为2～4h，更优选为3h。本发明中沉降的目的是把还原液中的不溶性杂质，特别是胶体除去。

得到钛液后，本发明优选将所述钛液依次进行结晶、过滤和浓缩，得到浓缩钛液。本发明对于所述结晶没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的结晶的技术方案即可；本发明优选采用真空结晶。在本发明中，所述真空结晶的真空度优选为0.0095～0.001MPa，更优选为0.0098MPa。本发明中真空结晶是为了除去钛液中的硫酸亚铁，以使钛液能够满足后续水解步骤的要求。本发明对于所述过滤没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过滤的技术方案即可；在本发明中，所述过滤中采用的滤布优选为120～150目。本发明中过滤是为了对结晶后所得结晶钛液进行净化，以进一步除去胶体和泥浆等杂质。本发明对于所述浓缩没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的浓缩的技术方案即可；在本发明中，所述浓缩的温度优选为40～50℃，更优选为45℃，所述浓缩的真空度优选为0.08～0.1MPa，更优选为0.09MPa。

得到水解晶种后，本发明将所述水解晶种与95～97℃的浓缩钛液混合，进行水解，得到水解偏钛酸浆料。在本发明中，所述浓缩钛液的指标优选为：TiO₂含量≥205±3g/L、Ti^{3 +}含量为1.0～2.0g/L，F值为2.0～2.1、铁钛比为0.42～0.45、稳定性≥500、澄清度为合格。在本发明中，制备水解偏钛酸浆料所需浓缩钛液与制备水解晶种所需浓缩钛液的质量比优选为1：(8.5～9.5)，更优选为1:9。在本发明中，所述水解优选包括以下步骤：

将所述水解晶种与95～97℃的浓缩钛液混合，28min内蒸汽加热至第一沸腾，停蒸汽保温25～35min，得到第一沸腾物料；

在90～120mmH₂O下、20min内将所述第一沸腾物料蒸汽加热至第二沸腾，保压140～160min，得到第二沸腾物料；

将所述第二沸腾物料稀释至TiO₂含量为155～165g/L，在90～120mmH₂O下、10min内蒸汽加热至第三沸腾，保压8～12min，得到水解偏钛酸浆料。

本发明优选将所述水解晶种与95～97℃的浓缩钛液混合，28min内蒸汽加热至第一沸腾，停蒸汽保温25～35min，得到第一沸腾物料。本发明优选向95～97℃的浓缩钛液中加入水解晶种；其中，加入水解晶种的过程控制在5min内完成。在本发明中，蒸汽加热至第一沸腾后，本发明优选对所得物料进行检测，以确定停蒸汽的时间；具体的，取5mL物料和10mL水混合，所得混合物料出现乳白色物质(偏钛酸)时，即可停蒸汽。

得到第一沸腾物料后，本发明优选在90～120mmH₂O下、20min内将所述第一沸腾物料蒸汽加热至第二沸腾，保压140～160min，得到第二沸腾物料。在本发明中，蒸汽加热至第二沸腾时的压力优选为100～110mmH₂O；保压的时间优选为145～155min。

得到第二沸腾物料后，本发明优选将所述第二沸腾物料稀释至TiO₂含量为155～165g/L，在90～120mmH₂O下、10min内蒸汽加热至第三沸腾，保压8～12min，得到水解偏钛酸浆料。本发明优选将所述第二沸腾物料与水混合，以使所述第二沸腾物料稀释至TiO₂含量为155～165g/L。在本发明中，蒸汽加热至第三沸腾时的压力优选为100～110mmH₂O。

完成所述水解后，本发明优选将所得物料与助滤剂混合，得到水解偏钛酸浆料。本发明对于所述助滤剂的用量没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的助滤剂用量即可。本发明对于所述助滤剂的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的助滤剂即可。在本发明的实施例中，具体采用木质纤维素作为助滤剂。在本发明中，助滤剂有利于后续洗涤步骤的进行，且使洗涤偏钛酸浆料的杂质含量小于20PP(以氧化铁计)。

得到水解偏钛酸浆料后，本发明将所述水解偏钛酸浆料进行洗涤，得到洗涤偏钛酸浆料。本发明对于所述洗涤没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的洗涤的技术方案即可。在本发明中，所述洗涤优选包括依次进行的水洗和漂洗。在本发明中，所述水洗的温度优选为70～80℃，更优选为75℃；所述水洗的时间优选为2.5～3.5h，更优选为3h。完成所述水洗后，本发明优选将所得水洗物料进行过滤，所得滤饼与水混合，使所得水洗物料中TiO₂含量为290～310g/L，然后进行漂洗。

在本发明中，所述漂洗优选是将水洗物料、浓硫酸和铝粉混合，蒸汽加热至85～95℃，保温1～2h，得到洗涤偏钛酸浆料。在本发明中，所述浓硫酸的质量百分含量优选为96～98％；所述铝粉的纯度优选为99.9％以上；以TiO₂计，所述水洗物料、浓硫酸和铝粉的质量比优选为6:(0.9～1.1)：(0.55～0.65％)。更优选为6：1：0.6％。本发明优选通过漂洗控制所得洗涤偏钛酸浆料中Fe²⁺的含量<10ppm，Ti³⁺的含量为(0.5～0.7)g/L。若一次漂洗后，Fe^{2 +}的含量不能满足上述要求，可根据实际情况进行二次漂洗。

得到洗涤偏钛酸浆料后，本发明优选向所述洗涤偏钛酸浆料中依次加入煅烧金红石型晶种、ZnO、NH₄H₂PO₄、KOH溶液、Al₂(SO₄)₃和Ce₂(SO₄)₃，进行盐处理，得到盐处理偏钛酸浆料。在本发明中，所述洗涤偏钛酸浆料和煅烧金红石型晶种的质量以TiO₂计，NH₄H₂PO₄、KOH溶液、Al₂(SO₄)₃和Ce₂(SO₄)₃的质量分别以P₂O₅、K₂O、Al₂O₃和Ce₂O₃计，洗涤偏钛酸浆料与煅烧金红石型晶种、ZnO、NH₄H₂PO₄、KOH溶液、Al₂(SO₄)₃和Ce₂(SO₄)₃的质量比优选为100：(7～18)：(0.10～0.16):(1～2):(1.3～2.5):(1～8)：(0.05～0.10)，更优选为100：(10～15)：(0.11～0.15):(1.3～1.7):(1.6～2.2):(3～6)：(0.06～0.09)，最优选为100：(12～13)：(0.12～0.13):(1.4～1.6):(1.8～2.0):(4～5)：(0.07～0.08)。在本发明中，所述KOH溶液的质量百分含量优选为35～45％，更优选为40％。

在本发明中，所述煅烧金红石型晶种的制备方法，优选包括以下步骤：

向104～106℃的氢氧化钠溶液中加入109～111℃的洗涤偏钛酸浆料，得到混合体系，其中，加入洗涤偏钛酸浆料的过程控制在15～20min内完成；

将所述混合体系蒸汽加热至120～130℃，保温35～45min，得到正钛酸钠浆料；

将所述正钛酸钠浆料依次进行中和、洗涤，得到正钛酸浆料；

将所述正钛酸浆料蒸汽加热至59～61℃，加入盐酸至所得物料的pH值为1.0～1.2，以0.8～1.2℃/min的升温速率将所述物料升温至102～104℃，保温55～65min，30min内冷却至40～50℃，得到煅烧金红石型晶种。

本发明优选向104～106℃的氢氧化钠溶液中加入109～111℃的洗涤偏钛酸浆料，得到混合体系，其中，加入洗涤偏钛酸浆料的过程控制在15～20min内完成。在本发明中，所述NaOH溶液的质量百分含量优选为48～52％，更优选为50％；以TiO₂计，所述洗涤偏钛酸浆料和NaOH溶液的质量比优选为1：(1.4～1.6)，更优选为1:1.5。

得到混合体系后，本发明优选将所述混合体系蒸汽加热至120～130℃，保温35～45min，得到正钛酸钠浆料。在本发明中，所述蒸汽加热的温度优选为122～128℃，更优选为125℃；所述保温的时间优选为38～42min，更优选为40min。

得到正钛酸钠浆料后，本发明优选将所述正钛酸钠浆料依次进行中和、洗涤，得到正钛酸浆料。在进行所述中和前，本发明优选先将所述正钛酸钠浆料中大量游离的氢氧化钠去除；具体的，是将所述正钛酸钠浆料与水混合，冷却至50～60℃后过滤，得到的滤液在工业上可以用于尾气喷淋，得到的滤饼打浆后进行中和。在本发明中，所述正钛酸钠浆料与水的质量比优选为10：(2.5～3.5)，更优选为10:3。本发明对于所述中和和洗涤没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的中和和洗涤的技术方案即可。在本发明中，具体是将所述滤饼打浆后用质量百分含量为8～12％的盐酸中和至pH值为3.5～4.0，然后洗涤至滤液pH值为5.5～7，得到的滤饼打浆后即为正钛酸浆料；所述正钛酸浆料中TiO₂的含量优选为200～220g/L，更优选为210g/L。在本发明中，将所述滤饼打浆后用质量百分含量为8～12％的盐酸中和至pH值为3.5～4.0，然后洗涤至滤液pH值为5.5～7，是为了能够保证除去钠离子。

得到正钛酸浆料后，本发明优选将所述正钛酸浆料蒸汽加热至59～61℃，加入盐酸至所得物料的pH值为1.0～1.2，以0.8～1.2℃/min的升温速率将所述物料升温至102～104℃，保温55～65min，30min内冷却至40～50℃，得到煅烧金红石型晶种。在本发明中，所述盐酸的质量百分含量优选为25～35％，更优选为30％。在本发明中，所述煅烧金红石型晶种中TiO₂的含量优选为90～100g/L。采用本发明提供的方法制备得到的煅烧金红石型晶种活性高，粒径细并且分布窄，加入使用量少，产品金红石转化率高。

在本发明中，所述盐处理的时间优选为2.5～3.5h，更优选为3h。在本发明中，所述盐处理优选在机械搅拌条件下进行；本发明对于所述机械搅拌没有特殊的限定，能够将物料混合、分散均匀即可。

得到盐处理偏钛酸浆料后，本发明将所述盐处理偏钛酸浆料进行过滤，将所述过滤得到的固体物料进行煅烧，得到粗品物料。本发明对于所述过滤没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过滤的技术方案即可。在本发明中，所述煅烧优选包括依次进行的第一煅烧和第二煅烧；所述第一煅烧的温度优选为450～600℃，更优选为500～550℃；所述第一煅烧的时间优选为6～8h，更优选为7h；所述第二煅烧的温度优选为700～900℃，更优选为750～850℃；所述第二煅烧的时间为优选为8～10h，更优选为9h。采用本发明提供的煅烧方法，所得钛白粉不容易烧结，白度好，亮度好。

得到粗品物料后，本发明将所述粗品物料进行粉碎和表面处理，得到塑料色母粒用钛白粉。在本发明中，所述粉碎和表面处理，优选包括以下步骤：

将所述粗品物料与氢氧化铝凝胶混合，进行第一粉碎，得到粒径为0.6～45μm的第一粉粹物料；

将所述第一粉粹物料进行第二粉碎，得到粒径为0.3～0.5μm的第二粉粹物料；

将所述第二粉粹物料与三甲基氯硅烷混合，进行第三粉碎，得到粒径为0.23～0.27μm的塑料色母粒用钛白粉。

本发明将所述粗品物料与氢氧化铝凝胶混合，进行第一粉碎，得到粒径为0.6～45μm的第一粉粹物料。在本发明中，以TiO₂计，所述粗品物料与氢氧化铝凝胶的质量比优选为1:(0.8～1.6％)，更优选为1:(1.0～1.2％)。在本发明中，所述氢氧化铝凝胶的粒度优选为1.5～2.5μm，更优选为1.8～2.2μm。本发明优选采用一级雷蒙机进行第一粉碎。

得到第一粉粹物料后，本发明优选将所述第一粉粹物料进行第二粉碎，得到粒径为0.3～0.5μm的第二粉粹物料。本发明优选采用微米粉碎机进行第二粉碎。

得到所述第二粉粹物料后，本发明优选将所述第二粉粹物料与三甲基氯硅烷混合，进行第三粉碎，得到粒径为0.23～0.27μm的塑料色母粒用钛白粉。在本发明中，以TiO₂计，所述第二粉粹物料与三甲基氯硅烷的质量比优选为1：(0.8～1.2％)，更优选为1:1％。本发明优选采用气流粉碎机进行所述第三粉碎。

完成所述粉碎和表面处理后，本发明优选将得到的物料依次进行除尘、成品收集和包装，得到塑料色母粒用钛白粉产品。本发明对于所述除尘、成品收集和包装没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的相关技术方案即可。

对制备得到的塑料色母粒用钛白粉进行性能指标分析，结果如下：

TiO₂含量为95.5～98.5％，其中金红石型TiO₂含量≥98.7％；

Al₂O₃含量为0.8～1.2％；

三甲基氯硅烷含量为0.7～1.0％；

Fe₂O₃含量≤0.005％；

比表面积13～15m²/g；

粒径D₅₀为0.23～0.27μm，粒径D₉₉≤0.5μm；

45μm筛余物≤0.01％；

挥发份(105℃，2h)≤0.2％；

灼烧损失(105℃，2h烘干后，900℃灼烧1h)≤0.3％；

水悬浮液pH值6.5～7.5；

色相：L值≥98.5％，b值≤1.4，a值≤0.3；

消色率≥110％；

分散性≥7.0；

吸水量(30～35)g/50g；

吸油量(11～13)g/100g。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

(1)选择原矿，指标为：以TiO₂计，钛含量为40～50％，金红石含量≤3％，高铁含量≤13％，亚铁与高铁的总含量≥94％，胶体性质杂质含量≤3％；采用卧式球磨机将原矿粉碎到细度为320目，且筛余物≤3.5％，得到矿粉；

(2)在压缩空气搅拌下，将矿粉30t与质量百分含量为98％的硫酸90.12t混合，搅拌10min，于3min内加入水14.1t，继续搅拌8min开始发生剧烈反应，以此计算酸解的时间，酸解3min后，蒸汽加热至90℃进行保温熟化130min，得到酸解固相物；

(3)在压缩空气搅拌下，将所述酸解固相物与3000mL废酸混合，然后以100t/h的速度加入60t水，于60℃进行8h浸取，得到浸取液；所述浸取液的指标为：TiO₂含量为130g/L，比重为50，F值为1.95；

(4)向所述浸取液中加入1.2t铁粉，其中，加入铁粉的过程控制在25min，温度控制在70℃，进行还原反应10min，得到还原液；

(5)向所述还原液中加入1.5kg/L的Sb₂O₃盐酸溶液50L，加入时间控制在3min，加入完毕后压缩空气搅拌10min，然后加入200kg FeS，加入时间控制在5min，加入完毕后压缩空气搅拌10min，静置2h沉降后得到的清夜作为钛液；

(6)在真空度为0.0098MPa条件下，将所述钛液进行真空结晶，将所得物料过滤，滤液在45℃、0.09MPa条件下进行浓缩，得到浓缩钛液；所述浓缩钛液的指标为：TiO₂为205g/L、Ti³⁺为1.5g/L，F值为2.05、铁钛比为0.43、稳定性为500、澄清度为合格；

(7)向所述浓缩钛液中加入质量百分含量为20％的氨水，至所得混合物料的pH值为2.5，以5℃/min的升温速率将所述混合物料升温至90℃，保温5min，得到水解晶种；其中，氨水的加入时间控制在10min；

(8)向96℃的浓缩钛液中加入水解晶种，加入时间控制在5min内完成，其中，96℃的浓缩钛液与制备水解晶种所需浓缩钛液的质量比为1:9；28min内蒸汽加热至第一沸腾，所得物料经检测达到要求时，停蒸汽保温30min，得到第一沸腾物料；检测方法为取5mL物料和10mL水混合，所得混合物料为乳白色时，即可停蒸汽；

在100mmH₂O下、20min内将所述第一沸腾物料蒸汽加热至第二沸腾，保压150min，得到第二沸腾物料；

将所述第二沸腾物料加水稀释至TiO₂含量为160g/L，在100mmH₂O下、5min内蒸汽加热至第三沸腾，保压10min，在机械搅拌下，加入木质纤维素，搅拌10min，得到水解偏钛酸浆料；

(9)在75℃下将所述水解偏钛酸浆料进行水洗3h，过滤，所得滤饼与水混合，得到TiO₂含量为300g/L的水洗物料，以TiO₂计，按水洗物料、浓硫酸和铝粉的质量比为6：1：0.6％，向所述水洗物料中加入质量百分含量为98％的硫酸和纯度为99.9％的铝粉，蒸汽加热至90℃，保温1.5h，得到洗涤偏钛酸浆料；所述洗涤偏钛酸浆料的指标为：Fe²⁺的含量<10ppm，Ti³⁺的含量为0.6g/L；

(10)向105℃、质量百分含量为50％的氢氧化钠溶液中加入110℃的偏钛酸浆料，得到混合物料；偏钛酸浆料的加入时间控制在15min；以TiO₂计，所述偏钛酸浆料和NaOH溶液的质量比为1:1.5；

将所述混合物料蒸汽加热至125℃，保温40min，得到正钛酸钠浆料；

按正钛酸钠浆料与水的质量比为10:3，将所述正钛酸钠浆料与水混合，冷却至50～60℃后过滤，将所得滤饼打浆后用质量百分含量为10％的盐酸中和至pH值为3.5～4.0，然后洗涤至滤液pH值为5～6，得到的滤饼打浆后即为正钛酸浆料；所述正钛酸浆料中TiO₂的含量为210g/L；

将所述正钛酸浆料蒸汽加热至60℃，加入质量百分含量为30％的盐酸至所得物料的pH值为1.0～1.2，以1℃/min的升温速率将所述物料升温至103℃，保温60min，30min内冷却至45℃，得到煅烧金红石型晶种；所述煅烧金红石型晶种中TiO₂的含量为95g/L；

向所述洗涤偏钛酸浆料中依次加入煅烧金红石型晶种、ZnO、NH₄H₂PO₄、KOH溶液、Al₂(SO₄)₃和Ce₂(SO₄)₃，在机械搅拌下进行盐处理3h，得到盐处理偏钛酸浆料；其中，所述洗涤偏钛酸浆料和煅烧金红石型晶种的质量以TiO₂计，NH₄H₂PO₄、KOH溶液、Al₂(SO₄)₃和Ce₂(SO₄)₃的质量分别以P₂O₅、K₂O、Al₂O₃和Ce₂O₃计，洗涤偏钛酸浆料与煅烧金红石型晶种、ZnO、NH₄H₂PO₄、KOH溶液、Al₂(SO₄)₃和Ce₂(SO₄)₃的质量比为100：12：0.12:1.5:1.9:4.5：0.07；

(11)将所述盐处理偏钛酸浆料进行过滤，将所得固体物料在500℃下进行第一煅烧7h，然后在800℃下进行第二煅烧9h，得到粗品物料；

(12)将所述粗品物料与粒度为1.5～2.5μm的氢氧化铝凝胶混合，采用一级雷蒙机进行第一粉碎，得到粒径为0.6～45μm的第一粉粹物料；其中，以TiO₂计，所述粗品物料与氢氧化铝凝胶的质量比为1:1.1％；

采用微米粉碎机将所述第一粉碎物料进行第二粉碎，得到粒径为0.3～0.5μm的第二粉粹物料；

将所述第二粉粹物料与三甲基氯硅烷混合，采用气流粉碎机进行所述第三粉碎，得到粒径为0.23～0.27μm的塑料色母粒用钛白粉，其中，以TiO₂计，所述第二粉粹物料与三甲基氯硅烷的质量比为1:1％。

对制备得到的塑料色母粒用钛白粉进行性能指标分析，结果如下：

TiO₂含量为97.5％，其中金红石型TiO₂含量为99.7％；

Al₂O₃含量为0.8％；

三甲基氯硅烷含量为0.7％；

Fe₂O₃含量为0.005％；

比表面积15m²/g；

粒径D₅₀为0.23～0.27μm，粒径D₉₉≤0.5μm；

45μm筛余物0.005％；

挥发份(105℃，2h)为0.2％；

灼烧损失(105℃，2h烘干后，900℃灼烧1h)为0.3％；

水悬浮液pH值7.0；

色相：L值为98.5％，b值为1.4，a值为0.3；

消色率为110％；

分散性为7.0；

吸水量为35g/50g；

吸油量为11g/100g。

实施例2

(1)选择原矿，指标为：以TiO₂计，钛含量为40～50％，金红石含量≤3％，高铁含量≤13％，亚铁与高铁的总含量≥94％，胶体性质杂质含量≤3％；采用卧式球磨机将原矿粉碎到细度为320目，且筛余物≤3.5％，得到矿粉；

(2)在压缩空气搅拌下，将矿粉30t与质量百分含量为98％的硫酸90.12t混合，搅拌10min，于3min内加入水14.1t，继续搅拌8min开始发生剧烈反应，以此计算酸解的时间，酸解3min后，蒸汽加热至80℃进行保温熟化140min，得到酸解固相物；

(3)在压缩空气搅拌下，将所述酸解固相物与3000mL废酸混合，然后以100t/h的速度加入60t水，于65℃进行6h浸取，得到浸取液；所述浸取液的指标为：TiO₂含量为120g/L，比重为49，F值为1.85；

(4)向所述浸取液中加入1.2t铁粉，其中，加入铁粉的过程控制在25min，温度控制在65℃，进行还原反应12min，得到还原液；

(5)向所述还原液中加入1.5kg/L的Sb₂O₃盐酸溶液50L，加入时间控制在3min，加入完毕后压缩空气搅拌10min，然后加入200kg FeS，加入时间控制在5min，加入完毕后压缩空气搅拌10min，静置3h沉降后得到的清夜作为钛液；

(6)在真空度为0.0098MPa条件下，将所述钛液进行真空结晶，将所得物料过滤，滤液在45℃、0.09MPa条件下进行浓缩，得到浓缩钛液；所述浓缩钛液的指标为：TiO₂为205g/L、Ti³⁺为1.3g/L，F值为2.0、铁钛比为0.44、稳定性为500、澄清度为合格；

(7)向所述浓缩钛液中加入质量百分含量为20％的氨水，至所得混合物料的pH值为2.5，以5℃/min的升温速率将所述混合物料升温至90℃，保温5min，得到水解晶种；其中，氨水的加入时间控制在10min；

(8)向96℃的浓缩钛液中加入水解晶种，加入时间控制在5min内完成，其中，96℃的浓缩钛液与制备水解晶种所需浓缩钛液的质量比为1:9；28min内蒸汽加热至第一沸腾，所得物料经检测达到要求时，停蒸汽保温35min，得到第一沸腾物料；检测方法为取5mL物料和10mL水混合，所得混合物料为乳白色时，即可停蒸汽；

在110mmH₂O下、20min内将所述第一沸腾物料蒸汽加热至第二沸腾，保压160min，得到第二沸腾物料；

将所述第二沸腾物料加水稀释至TiO₂含量为160g/L，在110mmH₂O下、5min内蒸汽加热至第三沸腾，保压10min，在机械搅拌下，加入木质纤维素，搅拌10min，得到水解偏钛酸浆料；

(9)在70℃下将所述水解偏钛酸浆料进行水洗3h，过滤，所得滤饼与水混合，得到TiO₂含量为300g/L的水洗物料，以TiO₂计，按水洗物料、浓硫酸和铝粉的质量比为6：1：0.6％，向所述水洗物料中加入质量百分含量为98％的硫酸和纯度为99.9％的铝粉，蒸汽加热至90℃，保温1.5h，得到洗涤偏钛酸浆料；所述洗涤偏钛酸浆料的指标为：Fe²⁺的含量<10ppm，Ti³⁺的含量为0.6g/L；

(10)向105℃、质量百分含量为50％的氢氧化钠溶液中加入110℃的偏钛酸浆料，得到混合物料；偏钛酸浆料的加入时间控制在15min；以TiO₂计，所述偏钛酸浆料和NaOH溶液的质量比为1:1.5；

将所述混合物料蒸汽加热至125℃，保温40min，得到正钛酸钠浆料；

按正钛酸钠浆料与水的质量比为10:3，将所述正钛酸钠浆料与水混合，冷却至50～60℃后过滤，将所得滤饼打浆后用质量百分含量为10％的盐酸中和至pH值为3.5～4.0，然后洗涤至滤液pH值为5～6，得到的滤饼打浆后即为正钛酸浆料；所述正钛酸浆料中TiO₂的含量为210g/L；

将所述正钛酸浆料蒸汽加热至60℃，加入质量百分含量为30％的盐酸至所得物料的pH值为1.0～1.2，以1℃/min的升温速率将所述物料升温至103℃，保温60min，30min内冷却至45℃，得到煅烧金红石型晶种；所述煅烧金红石型晶种中TiO₂的含量为95g/L；

向所述洗涤偏钛酸浆料中依次加入煅烧金红石型晶种、ZnO、NH₄H₂PO₄、KOH溶液、Al₂(SO₄)₃和Ce₂(SO₄)₃，在机械搅拌下进行盐处理3h，得到盐处理偏钛酸浆料；其中，所述洗涤偏钛酸浆料和煅烧金红石型晶种的质量以TiO₂计，NH₄H₂PO₄、KOH溶液、Al₂(SO₄)₃和Ce₂(SO₄)₃的质量分别以P₂O₅、K₂O、Al₂O₃和Ce₂O₃计，洗涤偏钛酸浆料与煅烧金红石型晶种、ZnO、NH₄H₂PO₄、KOH溶液、Al₂(SO₄)₃和Ce₂(SO₄)₃的质量比为100：13：0.13:1.6:2.0:4.8：0.08；

(11)将所述盐处理偏钛酸浆料进行过滤，将所得固体物料在550℃下进行第一煅烧6h，然后在850℃下进行第二煅烧8h，得到粗品物料；

(12)将所述粗品物料与粒度为1.5～2.5μm的氢氧化铝凝胶混合，采用一级雷蒙机进行第一粉碎，得到粒径为0.6～45μm的第一粉粹物料；其中，以TiO₂计，所述粗品物料与氢氧化铝凝胶的质量比为1:1.2％；

采用微米粉碎机将所述第一粉碎物料进行第二粉碎，得到粒径为0.3～0.5μm的第二粉粹物料；

将所述第二粉粹物料与三甲基氯硅烷混合，采用气流粉碎机进行所述第三粉碎，得到粒径为0.23～0.27μm的塑料色母粒用钛白粉，其中，以TiO₂计，所述第二粉粹物料与三甲基氯硅烷的质量比为1:1.1％。

对制备得到的塑料色母粒用钛白粉进行性能指标分析，结果如下：

TiO₂含量为98.5％，其中金红石型TiO₂含量为99.5％；

Al₂O₃含量为0.9％；

三甲基氯硅烷含量为0.8％；

Fe₂O₃含量为0.004％；

比表面积14m²/g；

粒径D₅₀为0.23～0.27μm，粒径D₉₉≤0.5μm；

45μm筛余物0.008％；

挥发份(105℃，2h)为0.15％；

灼烧损失(105℃，2h烘干后，900℃灼烧1h)为0.25％；

水悬浮液pH值6.8；

色相：L值为98.5％，b值为1.4，a值为0.3；

消色率为110％；

分散性为7.0；

吸水量为30g/50g；

吸油量为12g/100g。

实施例结果表明，采用本发明提供的方法制备得到的钛白粉白度高、分散性、遮盖力以及吸油量好，能够满足塑料行业对钛白粉性能的要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种塑料色母粒用钛白粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)向浓缩钛液中加入氨水，至所得混合物料的pH值为2.4～2.6，以4.5～5.5℃/min的升温速率将所述混合物料升温至88～92℃，保温4.5～5.5min，得到水解晶种；其中，加入氨水的过程控制在9～11min内完成；

(2)将所述步骤(1)中的水解晶种与95～97℃的浓缩钛液混合，进行水解，得到水解偏钛酸浆料；

(3)将所述步骤(2)中的水解偏钛酸浆料进行洗涤，得到洗涤偏钛酸浆料；

(4)向所述步骤(3)中的洗涤偏钛酸浆料中依次加入煅烧金红石型晶种、ZnO、NH₄H₂PO₄、KOH溶液、Al₂(SO₄)₃和Ce₂(SO₄)₃，进行盐处理，得到盐处理偏钛酸浆料；

(5)将所述步骤(4)中的盐处理偏钛酸浆料进行过滤，将所述过滤得到的固体物料进行煅烧，得到粗品物料；

(6)将所述步骤(5)中的粗品物料进行粉碎和表面处理，得到塑料色母粒用钛白粉。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)和步骤(2)中浓缩钛液的指标独立为：TiO₂含量≥205±3g/L、Ti³⁺含量为1.0～2.0g/L，F值为2.0～2.1、铁钛比为0.42～0.45、稳定性≥500、澄清度为合格。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中浓缩钛液和步骤(2)中浓缩钛液的质量比为1：(8.5～9.5)。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中氨水的质量百分含量为18～22％。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中水解包括以下步骤：

将所述水解晶种与95～97℃的浓缩钛液混合，28min内蒸汽加热至第一沸腾，停蒸汽保温25～35min，得到第一沸腾物料；

在90～120mmH₂O下、20min内将所述第一沸腾物料蒸汽加热至第二沸腾，保压140～160min，得到第二沸腾物料；

将所述第二沸腾物料稀释至TiO₂含量为155～165g/L，在90～120mmH₂O下、10min内蒸汽加热至第三沸腾，保压8～12min，得到水解偏钛酸浆料。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中洗涤偏钛酸浆料与煅烧金红石型晶种、ZnO、NH₄H₂PO₄、KOH溶液、Al₂(SO₄)₃和Ce₂(SO₄)₃的质量比为100：(7～18)：(0.10～0.16):(1～2):(1.3～2.5):(1～8)：(0.05～0.10)；其中，洗涤偏钛酸浆料和煅烧金红石型晶种的质量以TiO₂计，NH₄H₂PO₄、KOH溶液、Al₂(SO₄)₃和Ce₂(SO₄)₃的质量分别以P₂O₅、K₂O、Al₂O₃和Ce₂O₃计。

7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中煅烧金红石型晶种的制备方法，包括以下步骤：

向104～106℃的氢氧化钠溶液中加入109～111℃的洗涤偏钛酸浆料，得到混合体系，其中，加入洗涤偏钛酸浆料的过程控制在15～20min内完成；

将所述混合体系蒸汽加热至120～130℃，保温35～45min，得到正钛酸钠浆料；

将所述正钛酸钠浆料依次进行中和、洗涤，得到正钛酸浆料；

将所述正钛酸浆料蒸汽加热至59～61℃，加入盐酸至所得物料的pH值为1.0～1.2，以0.8～1.2℃/min的升温速率将所述物料升温至102～104℃，保温55～65min，30min内冷却至40～50℃，得到煅烧金红石型晶种。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述NaOH溶液的质量百分含量为48～52％；以TiO₂计，所述偏钛酸浆料和NaOH溶液的质量比为1：(1.4～1.6)。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中煅烧包括依次进行的第一煅烧和第二煅烧；所述第一煅烧的温度为450～600℃，时间为6～8h；所述第二煅烧的温度为700～900℃，时间为8～10h。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中粉碎和表面处理，包括以下步骤：

将所述步骤(5)中的粗品物料与氢氧化铝凝胶混合，进行第一粉碎，得到粒径为0.6～45μm的第一粉粹物料；

将所述第一粉粹物料进行第二粉碎，得到粒径为0.3～0.5μm的第二粉粹物料；

将所述第二粉粹物料与三甲基氯硅烷混合，进行第三粉碎，得到粒径为0.23～0.27μm的塑料色母粒用钛白粉。