CN107857899B

CN107857899B - 一种塑料专用金红石型钛白粉生产方法

Info

Publication number: CN107857899B
Application number: CN201711173606.5A
Authority: CN
Inventors: 黄建文; 何明川; 赵平; 陈湘涛; 李缉勇
Original assignee: Guangdong Huiyun Titanium Dioxide Co Ltd
Current assignee: Guangdong Huiyun Titanium Dioxide Co Ltd
Priority date: 2017-11-21
Filing date: 2017-11-21
Publication date: 2018-12-07
Anticipated expiration: 2037-11-21
Also published as: CN107857899A

Abstract

本发明公开了一种塑料专用钛白粉的生产方法，该方法在水解和漂白过程中通过外加晶种，并控制其添加量使生产的钛白粉具有很高的白度，在煅烧过程中采用分阶段煅烧，设置温度梯度，使生产的金红石粒度小而均匀，该发明在生产中发现适当的控制各种分散剂和盐处理剂的使用比例可以进一步增加钛白粉的亮度，并有效降低了其吸油量，从而使该钛白粉能够更好应用于塑料领域，并且使生产的塑料制品抗老化程度高，从而防止了浪费和废弃塑料造成的环境污染。

Description

一种塑料专用金红石型钛白粉生产方法

技术领域

本发明涉及钛白粉的生产方法领域，具体涉及一种塑料专用金红石型钛白粉的生产方法。

技术背景

钛白粉（英文名称：titanium dioxide），主要成分为二氧化钛(TiO₂)的白色颜料，二氧化钛在自然界有三种结晶形态：金红石型、锐钛型和板钛型，金红石型是二氧化钛最稳定的结晶形态，结构致密，与锐钛型相比有较高的硬度、密度、介电常数与折光率。目前钛白粉生产工艺多样，但是各个生产钛白粉的企业都面临着生产成本高、环保压力大等问题。目前生产钛白粉的工艺主要解决的问题是节能、简化生产步骤、降低污染，而且目前所用钛白粉普遍都是通用性的钛白粉，特别是应用于塑料领域的钛白粉比较少，同时也存在生产的钛白粉白度和亮度不高，应用于塑料领域时白度和亮度不够的问题，因此提高金红石型钛白粉白度和亮度已成为目前钛白粉生产中面临的主要问题。

例如，中国专利申请200910070462. X中公开了一种应用于化妆品的肤色金红石型纳米二氧化钛的生产方法，本发明通过调节Fe₂O₃/TiO₂的质量百分含量得到一系列不同颜色深度的肤色钛白粉，通过Fe₂O₃/TiO₂的质量百分含量的调节得到的最淡颜色为微黄色依然达不到塑料对高白度的要求。

又如，中国专利申请104071835A中公开了一种钛白粉的生产方法，本发明通过酸解处理、浸取处理、还原处理、沉降处理、水解处理和煅烧处理等过程，只在一定程度上对还原剂进行了限定，从而降低了还原剂的用量，得到了白度较高的钛白粉，但是亮度和耐候性不能达到塑料对钛白粉的要求。

再如，中国专利申请201510531135.5中公开了一种低能耗生产水合二氧化钛的方法，本发明在生产过程中利用160-185g/L的低浓度钛液水解，可以节约蒸汽，而且使水解出的水合二氧化钛粒度分布均匀，初品的颜料性能达到高浓度的水平，但是在生产过程中没有控制晶种质量、煅烧温度等参数，所以生产的水合二氧化钛产量低、质量不高，并且同样面临白度和亮度不够的问题。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的问题，提供一种塑料专用金红石型钛白粉的生产方法。该方法通过改变工艺使生产的钛白粉白度和亮度高，可以达到塑料使用的要求。

为了达到上述技术效果，本发明采用以下技术方案：

本发明通过精确控制钛白粉晶体的大小；使用外加晶体水解技术，并且控制晶体质量；调整转窑的转速、温度梯度、最终的煅烧温度；然后将煅烧后的物料进辊压磨粉碎后再打浆等生产方法，从而提高了钛白粉的质量以及白度和亮度，使生产的钛白粉符合塑料使用要求。

本发明提供了一种塑料专用金红石型钛白粉的生产方法，其特征在于：主要包括以下步骤：

（1）粉碎和酸解：将钛铁矿送入球磨机中进行研磨、过325目筛，得干燥的钛铁矿粉末；将得到的粉末定量转入装有定量浓硫酸的混合槽中混合均匀得到浆料A1，然后将混合好的浆料A1送入连续酸解反应器中，加入废酸进行酸解，得到固相物；然后将固相物在溶解槽进行溶解，待完全溶解后转入还原槽中，用铁粉进行还原，得到钛液B1；

（2）沉降：向步骤（1）中所得的钛液B1中加入絮凝剂，使钛液中的不溶性杂质沉降；然后通过多步过滤将固体杂质除去，得到钛液B2；

（3）水解：采用外加水解晶种的方式对步骤（2）得到的钛液B2进行水解，得到水解产物C1，将得到的水解产物C1进行水洗、漂白、漂洗、盐处理和压榨操作，得到水合二氧化钛浆料A2；

（4）煅烧：将步骤（3）得到的水合二氧化钛浆料A2进行煅烧，煅烧在转窑中进行，控制转窑转速、温度梯度、最终的煅烧温度，得到钛白粉D；

（5）湿磨：将步骤（4）得到的钛白粉D进行粉碎，后转入打浆槽中，进行打浆，然后转入砂磨机中进行研磨，过筛，得到浆料A3；

（6）无机包膜：将步骤（5）得到的浆料A3进行无机包膜，得到物料E1；

（7）有机包膜与气流粉碎：将步骤（6）中的得到的物料E1进行有机包膜与汽流粉碎，即得产品。

上述步骤（2）中所述的絮凝剂选自淀粉、壳聚糖、改性聚丙烯酰胺和纤维素中的一种或几种。

上述步骤（3）中水解过程中所加水解晶种的稳定性为100-150ml水/10ml钛液（钛液的稳定性表示用25℃水稀释10ml钛液直至出现乳白色浑浊所用水的毫升数），水解晶种的含量为：按TiO₂的质量计占钛液B2中 TiO₂ 总量的1.5-3.5%；漂白过程中加煅烧晶种的量为：按TiO₂的质量计水解产物C1中 TiO₂ 总量的3-6%，煅烧晶种的活性为金红石转化率大于98.5 %；

上述步骤（3）中盐处理过程所加盐处理剂可选自氢氧化钾、碳酸钾、磷酸、磷酸盐、氧化锌、硫酸铝中的一种或几种；其加入量为：氢氧化钾或碳酸钾，按K₂O/水解产物C1中的TiO₂计占0.4-0.8%；磷酸或磷酸盐，按P₂O₅/水解产物C1中的TiO₂计占0.15-0.45%；氧化锌或者硫酸铝，按氧化物/水解产物C1中的TiO₂计占0.15-0.45%。

上述步骤（4）中所述的转窑转数为8-15分钟/转；温度梯度为窑尾到窑头的温度梯度为350-1000℃；最终煅烧温度为950-1000℃，煅烧时间10-15小时；最终使金红石型转化率达到大于或等于99%；

上述步骤（5）中所述的打浆中所使用的分散剂为硅酸钠、一异丙醇胺和六偏磷酸钠中的一种或几种，添加量占钛白粉D中 TiO₂ 总量的0.1-0.3%；研磨后过325目筛，筛余物小于0.001%，所得浆料A3粒径为0.4-0.8μm。

上述步骤（6）中所述的无机包膜所用的无机包膜剂为铝包膜剂，所述的铝包膜剂为硫酸铝或/和偏铝酸钠，加入量按Al₂O₃/TiO₂（浆料A3中 TiO₂ 总量）计为：0.5-2%，包膜过程中控制温度为50-70℃，最后加入硫酸或氢氧化钠调整pH为6-9。

上述步骤（7）所述有机包膜所用的有机包膜剂选自三羟甲基乙烷（TME）、三羟甲基丙烷（TMP）、硅油和硅烷中的一种或几种，有机包膜剂的量占浆料A3中 TiO₂ 总量的0.3-1.0%。

本发明选用优质矿源和优质还原性铁粉，并严格控制温度、pH值和添加量等参数，因此可以很好地控制水解过程的速率，得到粒度适中的水解偏钛酸，有利于很好地过滤除杂，最终得到白度和亮度高、折光率大、粒径大小适中以及遮盖力好的钛白粉。

本发明在生产过程中发现在步骤（3）中控制盐处理剂的用量及比例，即氢氧化钾：磷酸：氧化锌：碳酸钾：磷酸盐：硫酸铝=2：1：1：2：1：1，可以很大程度上提高钛白粉的白度好亮度，降低其吸油量，从而使生产的钛白粉应用于塑料领域时，使生产的塑料透明度高，使用寿命长。

本发明在生产过程中出乎意料的发现在步骤（5）打浆时采用混合分散剂，并且严格控制分散剂的比例，使硅酸钠：一异丙醇胺：六偏磷酸钠=3：1：1，生产出的钛白粉粒径分布窄，应用于塑料领域可以提高塑料的耐用性，提高塑料的抗老化能力。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

（1）本发明提供的方法生产的金红石型钛白粉粒径分布窄，因此具有很高的白度和亮度，可以满足塑料使用的要求；

（2）本发明提供的方法生产的金红石型钛白粉具有很高的耐候性，长期放置不会发生变黄、失光和粉化的现象；

（4）本发明提供的方法生产的金红石型钛白粉专用于塑料领域所以具有很低的吸油量，从而减少了在生产塑料过程中的浪费，有利于节约资源保护环境；

（5）本发明提供的方法生产的金红石型钛白粉应用于塑料领域可以提高塑料的抗老化率。

附图说明

图1为本发明实施例中塑料专用金红石型钛白粉生产工艺流程图。

图中数字和英文字母分别表示：

1-矿仓，2-球磨机，3-反应器，4-还原槽，5-沉降池，6-板框过滤，7-结晶器，8-圆盘过滤，9-板框过滤，10-浓缩器，11-浓缩预热槽，12-水解，13-水洗（一洗），14-漂白，15-漂洗（二洗），16-盐处理，17-隔膜压榨，18-转窑，19-打浆槽，20-淋洗系统，21-电除雾器，22-烟囱，23-砂磨机，24-包膜，25-三洗（板框过滤），26-闪蒸干燥器，27-汽粉机，28-包装

A-浓硫酸，B-铁粉，C-氢气，D-絮凝剂，E -泥浆（板框过滤），F-助滤剂，G-蒸汽，H-绿矾，J-水结晶体，K-煅烧晶体，L-硫酸，M-三价钛，N-磷酸，O-氢氧化钾，P-氧化锌，Q-煤气，R-硅酸钠，S-水，T-废气（尾气），V-三甲基磷酸

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应该理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用限定本发明。

实施例1

一种塑料专用金红石型钛白粉的生产方法，包括以下具体步骤：

（1）粉碎和酸解：将钛铁矿送入球磨机中进行研磨、过325目筛，得干燥的钛铁矿粉末；将4000kg钛铁矿粉末转入装有5800kg浓度为98%浓硫酸的混合槽中混合均匀，得到浆料A1，然后将混合好的浆料A1以5m³/h的速度送入连续酸解反应器中，加入定量的废酸进行酸解，得到固相物；然后将固相物在溶解槽进行溶解，待完全溶解后转入还原槽中，用铁粉进行还原，得到钛液B1;

（2）沉降：根据钛液B1的体积，向步骤（1）中所得的钛液B1中加入纤维素10mg/m³，使钛液中的不溶性杂质沉降；然后依次通过板框过滤、结晶、圆盘过滤、板框过滤以及浓缩操作，得到钛液B2；

（3）水解：外加占钛液B2中 TiO₂ 总量的1.5%的水解晶种TiO₂进行水解，晶种稳定性为100ml水/10ml钛液，得到水解产物C1，将得到的水解产物C1进行第一次洗涤，后加入占水解产物C1中TiO₂ 总量的3%的煅烧晶种进行漂白，使用盐处理剂氢氧化钾（按K₂O/水解产物C1中的TiO₂计）0.4%、磷酸（按P₂O₅/水解产物C1中的TiO₂计）0.15%和氧化锌（按氧化物/水解产物C1中的TiO₂计）0.15%进行盐处理，后进行隔膜压榨操作，得到水合二氧化钛浆料A2；

（4）煅烧：将步骤（3）得到的水合二氧化钛浆料A2在转窑中进行煅烧，通过调整转窑转数为8分钟/转、温度梯度窑尾到窑头的温度梯度350-1000℃、最终的煅烧温度950℃，煅烧时间10小时，得到红金石型转化率为98%的钛白粉D；

（5）湿磨：将步骤（4）得到的钛白粉D进行粉碎，后转入打浆槽中，加入总量为钛白粉D中 TiO₂量的0.1%的硅酸钠、一异丙醇胺和六偏磷酸钠进行打浆，并控制三者的质量比为3：1：1，即硅酸钠为0.06%，一异丙醇胺为0.02%，六偏磷酸钠为0.02%，然后转入砂磨机中进行研磨，过325目筛，筛余物小于0.001%，得到粒径为0.8μm的浆料A3；

（6）无机包膜：将步骤（5）得到的浆料A3用铝包膜剂进行包膜，加入硫酸铝（按Al₂O₃/浆料A3中的TiO₂计）：0.5%，包膜过程中控制温度为50℃，最后加入硫酸或氢氧化钠调整pH为6，后进行洗涤、干燥，得到物料E1；

（7）有机包膜与气流粉碎：将步骤（6）中的得到的物料E1加入占浆料A3中 TiO₂ 总量的0.3%的有机包膜剂TMP后加入气粉机中进行粉碎，即得产品。

实施例2

（1）粉碎和酸解：将钛铁矿送入球磨机中进行研磨、过325目筛，得干燥的钛铁矿粉末；将5000kg钛铁矿粉末转入装有6000kg浓度为98%浓硫酸的混合槽中混合均匀，得到浆料A1，然后将混合好的浆料A1以6m³/h的速度送入连续酸解反应器中，加入定量的废酸进行酸解，得到固相物；然后将固相物在溶解槽进行溶解，待完全溶解后转入还原槽中，用铁粉进行还原，得到钛液B1;

（2）沉降：根据钛液B1的体积，向步骤（1）中所得的钛液B1中加入壳聚糖10mg/m³，使钛液中的不溶性杂质沉降；然后依次通过板框过滤、结晶、圆盘过滤、板框过滤以及浓缩操作，得到钛液B2；

（3）水解：外加占钛液B2中 TiO₂ 总量的2%的水解晶种TiO₂进行水解，晶种稳定性为100ml水/10ml钛液，得到水解产物C1，将得到的水解产物C1进行第一次洗涤，后加入占水解产物C1中TiO₂ 总量的5%的煅烧晶种进行漂白，使用盐处理剂氢氧化钾（按K₂O/水解产物C1中的TiO₂计）0.6%、磷酸（按P₂O₅/水解产物C1中的TiO₂计）0.3%和氧化锌（按氧化物/水解产物C1中的TiO₂计）0.3%进行盐处理，后进行隔膜压榨操作，得到水合二氧化钛浆料A2；

（4）煅烧：将步骤（3）得到的水合二氧化钛浆料A2在转窑中进行煅烧，通过调整转窑转数为10分钟/转、温度梯度窑尾到窑头的温度梯度为350-1000℃、最终的煅烧温度960℃，以及煅烧时间12小时，得到红金石型转化率为98.5%的钛白粉D；

（5）湿磨：将步骤（4）得到的钛白粉D进行粉碎，后转入打浆槽中，加入总量为钛白粉D中 TiO₂量的0.2%的硅酸钠、一异丙醇胺和六偏磷酸钠进行打浆，，并控制三者的比例为3：1：1，即硅酸钠为0.06%，一异丙醇胺为0.02%，六偏磷酸钠为0.02%，然后转入砂磨机中进行研磨，过325目筛，筛余物小于0.001%，得到粒径为0.5μm的浆料A3；

（6）无机包膜：将步骤（5）得到的浆料A3用铝包膜剂进行包膜，加入硫酸铝（按Al₂O₃/浆料A3中的TiO₂计）：1%，包膜过程中控制温度为60℃，最后加入硫酸或氢氧化钠调整pH为7，后进行洗涤、干燥，得到物料E1；

（7）有机包膜与气流粉碎：将步骤（6）中的得到的物料E1加入占浆料A3中 TiO₂ 总量的0.5%的有机包膜剂TME后加入气粉机中进行粉碎，即得产品。

实施例3

（1）粉碎和酸解：将钛铁矿送入球磨机中进行研磨、过325目筛，得干燥的钛铁矿粉末；将6000kg钛铁矿粉末转入装有9000kg浓度为98%浓硫酸的混合槽中混合均匀，得到浆料A1，然后将混合好的浆料A1以7m³/h的速度送入连续酸解反应器中，加入定量的废酸进行酸解，得到固相物；然后将固相物在溶解槽进行溶解，待完全溶解后转入还原槽中，用铁粉进行还原，得到钛液B1;

（2）沉降：根据钛液B1的体积，向步骤（1）中所得的钛液B1中加入淀粉10mg/m³，使钛液中的不溶性杂质沉降；然后依次通过板框过滤、结晶、圆盘过滤、板框过滤以及浓缩操作，得到钛液B2；

（3）水解：外加占钛液B2中 TiO₂ 总量的3.5%的水解晶种TiO₂进行水解，晶种稳定性为100ml水/10ml钛液，得到水解产物C1，将得到的水解产物C1进行第一次洗涤，后加入占水解产物C1中TiO₂ 总量的6%的煅烧晶种进行漂白，使用盐处理剂氢氧化钾（按K₂O/水解产物C1中的TiO₂计）0.8%、磷酸（按P₂O₅/水解产物C1中的TiO₂计）0.4%和氧化锌（按氧化物/水解产物C1中的TiO₂计）0.4%进行盐处理，最后隔膜压榨等操作，得到水合二氧化钛浆料A2；

（4）煅烧：将步骤（3）得到的水合二氧化钛浆料A2在转窑中进行煅烧，通过调整转窑转数为15分钟/转，温度梯度窑尾到窑头的温度梯度350-1000℃，最终煅烧温度为1000℃，煅烧时间15小时，得到红金石型转化率为99.5%的钛白粉D；

（5）湿磨：将步骤（4）得到的钛白粉D进行粉碎，后转入打浆槽中，加入总量为钛白粉D中 TiO₂量的0.3%的硅酸钠、一异丙醇胺和六偏磷酸钠进行打浆，，并控制三者的比例为3：1：1，即硅酸钠为0.18%，一异丙醇胺为0.06%，六偏磷酸钠为0.06%，然后转入砂磨机中进行研磨，过325目筛，筛余物小于0.001%，得到粒径为0.4μm的浆料A3；

（6）无机包膜：将步骤（5）得到的浆料A3用铝包膜剂进行包膜，加入硫酸铝（按Al₂O₃/浆料A3中的TiO₂计）：2%，包膜过程中控制温度为70℃，最后加入硫酸或氢氧化钠调整pH为8，后进行洗涤、干燥，得到物料E1；

（7）有机包膜与气流粉碎：将步骤（6）中的得到的物料E1加入占浆料A3中 TiO₂ 总量的1.0%的有机包膜剂硅烷后加入气粉机中进行粉碎，即得产品。

对比例1 一种钛白粉的生产方法

与实施例3的区别在于将步骤（3）使用盐处理剂氢氧化钾（按K₂O/水解产物C1中的TiO₂计）0.8%、磷酸（按P₂O₅/水解产物C1中的TiO₂计）0.4%和氧化锌（按氧化物/水解产物C1中的TiO₂计）0.4%进行盐处理，改为氢氧化钾（按K₂O/水解产物C1中的TiO₂计）8%、磷酸（按P₂O₅/水解产物C1中的TiO₂计）1%和氧化锌（按氧化物/水解产物C1中的TiO₂计）1%进行盐处理；其他步骤与实施例3相同。

对比例2一种钛白粉的生产方法

与实施例3的区别在于将步骤（5）中硅酸钠、一异丙醇胺和六偏磷酸钠的质量比改为1：1：1；即硅酸钠为0.1%，一异丙醇胺为0.1%，六偏磷酸钠为0.1%；其他步骤与实施例3相同。

对比例3一种钛白粉的生产方法

与实施例3的区别在于减小步骤（3）中水解时外加晶体的量，使外加晶体的量为外加占钛液B2中 TiO₂ 总量的0.5%的水解晶种TiO₂进行水解；其他步骤与实施例3相同。

对比例4一种钛白粉的生产方法

与实施例4的区别在于增加步骤（3）中水解时外加晶体的量，使外加晶体的量为外加占钛液B2中 TiO₂ 总量的5%的水解晶种TiO₂进行水解；其他步骤与实施例3相同。

对比例5一种钛白粉的生产方法

与实施例3的区别在于步骤（4）在转窑煅烧时没有设置温度梯度，温度梯度窑尾到窑头的温度600℃；其他步骤与实施例3相同。

对比例6一种钛白粉的生产方法

中国发明专利CN201410305431.9中公开的一种钛白粉的生产方法。

实验结果分析

1、白度研究

2、消色力研究（钛白粉与其他颜料混合后显示它本身颜色的能力）

3、105℃挥发份研究（在105℃下，产品中可以挥发掉的成分，主要是水分）

4、细度研究（过325目筛筛余物）

5、金红石转化率（%）

6、吸油量（ 100g钛白粉达到完全润湿时需要用油的最低量）

7、生用本发明实施例3和对比例1-6提供的方法生产一批塑料，对其抗老化率进行了三年的研究，将其老化程度分为4级，0级表示完全无老化现象，1级表示轻微老化，2级表示重度老化，3级为严重老化，实验数据由下表所示。

Claims

1.一种塑料专用金红石型钛白粉的生产方法，其特征在于：主要包括以下步骤：

（7）有机包膜与气流粉碎：将步骤（6）中的得到的物料E1进行有机包膜与汽流粉碎，即得产品；

步骤（3）中所述的盐处理过程所加盐处理剂为氢氧化钾、磷酸、氧化锌、碳酸钾、磷酸盐和硫酸铝，其质量比为2：1：1：2：1：1；其加入量为：氢氧化钾或碳酸钾，按K₂O/水解产物C1中的TiO₂计占0.4-0.8%；磷酸或磷酸盐，按P₂O₅/水解产物C1中的TiO₂计占0.15-0.45%；氧化锌或者硫酸铝，按氧化物/水解产物C1中的TiO₂计占0.15-0.45%；

步骤（4）中所述的转窑转数为8-15分钟/转；温度梯度为窑尾到窑头的温度梯度为350-1000℃；最终煅烧温度为950-1000℃，煅烧时间10-15小时；最终使金红石型转化率达到大于或等于99%；

步骤（5）中所述的打浆中所使用的分散剂为硅酸钠、一异丙醇胺和六偏磷酸钠，其质量比为3：1：1，添加量为钛白粉D中 TiO₂的0.1-0.3%；研磨后过325目筛，筛余物小于0.001%，所得浆料A3粒径为0.4-0.8μm。

2.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于：步骤（2）中所述的絮凝剂选自淀粉、壳聚糖、改性聚丙烯酰胺和纤维素中的一种或几种。

3.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于：步骤（3）中水解过程中所加水解晶种的稳定性为100-150ml水/10ml钛液，水解晶种的含量按TiO₂计为1.5-3.5%。

4.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于：步骤（6）中所述的无机包膜所用的无机包膜剂为铝包膜剂，所述的铝包膜剂为硫酸铝或/和偏铝酸钠，加入量按Al₂O₃/浆料A3中的TiO₂计为：0.5-2%，包膜过程中控制温度为50-70℃，最后加入硫酸或氢氧化钠调整pH为6-9。

5.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于：步骤（7）所述有机包膜所用的有机包膜剂选自三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷、硅油和硅烷中的一种或几种，有机包膜剂的总量占浆料A3中的TiO₂的0.3-1.0%。