CN108423710B - 一种硫酸法色料搪瓷钛白粉制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种硫酸法色料搪瓷钛白粉制备方法，属于钛白粉制备领域，包括制备晶种，制备钛液，混合水解，过滤除杂完成制备。本发明采用快速晶种法替代原来的预制晶种法，并在晶种制作过程中添加一种晶型稳定剂，使晶种具有强烈的金红石转化趋势，使水解产物水合二氧化钛也存在强烈的金红石转化趋势，从而决定色料搪瓷的优越性能；从晶种制作过程中加入晶型稳定剂，目的是使晶种中的正钛酸具有金红石型的预结构，具有金红石型预结构的晶种，制作过程中加入晶型稳定剂，起到较强的晶型转化促进作用，所生产出来的锐钛型钛白粉，可以在更低的煅烧温度下转化成为金红石型钛白粉；低温转化的物料呈现黄白相，色泽鲜艳，能满足客户需求。
Description
技术领域
本发明涉及钛白粉制备领域，特别是涉及一种硫酸法色料搪瓷钛白粉制备方法。
背景技术
色料用钛白粉的生产国内还没有一个稳定的技术源头，普遍厂家都是靠经验生产，得到的色料产品很不稳定。目前色料用搪瓷钛白粉生产工艺，是在硫酸法搪瓷钛白粉生产主要工艺的基础上，通过控制水解钛液体系的浓度，将色料用钛白粉的粒子大小和分布控制在一定的范围。粒子大小和分布在这个范围内的搪瓷产品，基本能满足于下游色料厂家的需求。但是这种方法由于是动态调整，波动范围也比较大，有相当的管理难度。靠控制水解钛液体系浓度来控制色料用钛白粉的粒子大小和分布的工艺，存在多个控制难点，甚至存在矛盾体，主要体现在：
钛液体系中主要成分包括TiOSO4、FeSO4、H2SO4等，各成分浓度加成了钛液体系的浓度。众所周知，在钛液制备过程中，由于钛精矿中TiO2、FeO、Fe2O3含量不同，分解反应所需加入的硫酸量也不同，这就决定了钛液体系浓度的波动范围较大。所以进行色料用钛白粉生产时，调整水解钛液体系浓度成了一项复杂而又困难的工作。
钛液体系中的TiOSO4、FeSO4、H2SO4含量，由总钛浓度、铁钛比、F值这三项指标来决定，在每水解一锅物料之前，都要取样检测这三项指标，然后再根据检测结果计算钛液体系浓度，浓度偏高时加水稀释，浓度偏低时加入浓钛液调整，具体加入量由计算得出。所以水解钛液浓度调配工作时间长、工作复杂，不但影响生产效率，还容易在调配过程中破坏钛液体系的稳定性、影响水解质量，从而影响产品质量。
当钛液体系浓度偏高时，需要进行加水稀释，如果加水速度过快，会导致钛液体系中局部稳定性急剧降低，产生早期水解现象，早期水解产物在钛液水解过程中充当不良的结晶中心，导致水解产物偏钛酸粒子出现形状不规则、粒度分布范围广等缺陷。
当钛液体系浓度偏低时，需要加入浓钛液调整，而浓钛液需要通过淡钛液浓缩获得。进行淡钛液浓缩不但增加了设备投入，而且能耗也非常大，这无疑增加了产品的制造成本和生产难度。
通过调整水解钛液浓度方法水解出来的偏钛酸，其粒子大小和分布稳定性比较差。主要体现在粒子大小的平均值达到了预期的目的，但是分布范围超出了控制范围，细颗粒和粗颗粒占比较大。其中的原因不在这里赘述。
通过调整水解钛液浓度方法水解出来的偏钛酸，由于粒子大小和分布波动比较大，导致煅烧的温度梯度很难把握。不同的大小的粒子，其能承受的煅烧强度不一致。如果细颗粒和粗颗粒占比大，煅烧温度就非常能把握，煅烧温度过低，存在夹生现象；煅烧温度过高，存在烧灰现象。这样煅烧出来的钛白粉色相波动、堆比重波动、发色波动、光泽度波动。产品质量经常达不到客户的要求。
这种生产工艺生产出来的色料用钛白粉，会因磷等元素的含量波动，引起产品的发色效果波动。磷含量低发色好，磷含量高发色差。
本发明中硫酸法色料用钛白粉制备方法，是在总结了目前生产工艺的基础上，结合客户实际应用原理而创造出来的一种生产工艺。旨在避开靠控制水解钛液体系浓度来控制色料用钛白粉的粒子大小和分布这个矛盾体，另辟蹊径生产达到生产色相稳定、堆比重稳定、发色稳定、光泽度好的色料用钛白粉的目的。
发明内容
为了解决现有水解晶种制备方法存在的问题，本发明提供一种具有强烈的金红石转化趋势，更容易发色，且光泽度良好的色料钛白粉外加水解晶种的制备方法
本发明通过以下技术方案解决上述问题：
一种硫酸法色料搪瓷钛白粉制备方法，包括如下步骤：
步骤1：制备晶种
将晶种钛液放入钛液进行加热，当晶种钛液温度达到72～80℃时，对晶种钛液进行搅拌同时加热；将晶型稳定剂加入到碱液中，对碱液进行加热至79～88℃，把晶种钛液加入到碱液中并加热至90～103℃，检测稳定性是否达到30～150ml/ml，当达到时，停止加热制备完成，当达不到时，保持温度90～103℃，直至稳定性达到30～150ml/ml，制备完成；
步骤2：制备钛液
对矿石进行溶解搅拌，得到110～170g/L的钛液，对钛液进行加热至90～108℃；
步骤3：混合水解
把制备好的晶种加入到预热好的钛液中得到混合钛液，同时搅拌10～15分钟，然后把混合钛液放入水解锅中，同时启动水解锅搅拌，当混合钛液放入60～80％时，开启小蒸汽给水解混合钛液升温；待混合钛液放完后，加大蒸汽进口阀，使水解钛液达到沸腾，混合钛液变白后继续保持沸腾2～3小时水解结束；
步骤4：过滤除杂完成制备
水解结束后关闭蒸汽，过滤去除杂质偏钛酸，化验取样后放料冷却待用。
所述步骤1中的晶种钛液和步骤2中的钛液的浓度均为110～170g/L，Ti3+含量：0.5～1.5g/L，F值：1.8～2.0，Fe/TiO2：0.35～0.55。
所述步骤1中晶种钛液的加热过程为：将晶种钛液放入钛液预热槽，打开预热锅蒸汽进口阀，给晶种钛液升温，当预热锅晶种钛液温度升到75～80℃时，启动晶种钛液槽进行搅拌并打开蒸汽进口阀，给晶种钛液升温。
所述步骤1中碱液加热的过程为：把碱液放入碱预热槽，加入晶型稳定剂，打开碱预热槽的蒸汽进口阀，将液碱升温至90～100℃，并保持碱液放料到晶种制作槽时温度在81～85℃。
所述步骤1中晶种钛液升温至81-85℃时，打开晶种钛液预热槽放料阀把预热好的晶种钛液放入晶种制作槽，控制放料时间3～9分钟，放完晶种钛液后继续加热晶种制作槽里的物料至98℃时停止加热。
所述步骤1中晶型稳定剂的量为每立方晶种添加的晶型稳定剂为1～5kg；晶型稳定剂为60％聚羧酸类和40％多元醇的缩合物或者50％聚羧酸类、30％多元醇的缩合物、10％酚醛树脂和10％脲醛树脂。
所述步骤3中给水解混合钛液升温达到沸腾的时间为15～25分钟。
所述步骤2中钛液进行加热至98℃。
所述步骤4中化验取样时，当Ti3+＜0.3g/l时，需加入适量铝粉反应生成Ti3+，然后进行过滤处理。
所述步骤1中碱液为NaOH，浓度为浓度60-80g/L。
本发明的优点与效果是：
本发明采用快速晶种法替代原来的预制晶种法，并在晶种制作过程中添加一种晶型稳定剂，使晶种具有强烈的金红石转化趋势，使水解产物水合二氧化钛也存在强烈的金红石转化趋势，从而决定色料搪瓷的优越性能；从晶种制作过程中加入晶型稳定剂，目的是使晶种中的正钛酸具有金红石型的预结构，具有金红石型预结构的晶种，在水解过程中诱导钛液水解成具有金红石型预结构的偏钛酸；制作过程中加入晶型稳定剂，起到较强的晶型转化促进作用，所生产出来的锐钛型钛白粉，可以在更低的煅烧温度下转化成为金红石型钛白粉；低温转化的物料呈现黄白相，色泽鲜艳，能满足客户需求；本发明的具有金红石型预结构的偏钛酸，经过净化、煅烧、粉碎后，得到的色料用钛白粉，仍属于锐钛型钛白粉，但具有强烈的转化成金红石型的趋向，在相同的外加条件下，具有强烈的转化成金红石型的趋向的色料用钛白粉，更容易转化成金红石型钛白粉。
附图说明
图1为本发明流程图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种硫酸法色料搪瓷钛白粉制备方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤1：制备晶种
将晶种钛液放入钛液进行加热，当晶种钛液温度达到78℃时，对晶种钛液进行搅拌同时加热；将晶型稳定剂加入到碱液中，对碱液进行加热至,85℃，把晶种钛液加入到碱液中并加热至98℃，检测稳定性是否达到60ml/ml，当达到时，停止加热制备完成，当达不到时，保持温度98℃，直至稳定性达到60ml/ml，制备完成。
晶种具体制备过程为：
将1～3m3料上晶种钛液预热槽，打开预热锅蒸汽进口阀，给钛液升温。按规定打300～1000L合格碱液至碱预热槽，往碱液中加入10～15kg晶型稳定剂，当预热锅钛液温度升到75～80℃左右时，启动晶种钛液槽搅拌并打开蒸汽进口阀，给晶种钛液升温；并打开蒸汽进口阀，将晶种液碱升温至96℃左右，并保持液碱放料到中和槽时温度在83℃；待晶种钛液升温至83℃时，打开晶种钛液预热槽放料阀把预热好的钛液放入晶种制作槽，控制放料时间3～9分钟，放完晶种钛液后继续加热晶种制作槽里的物料至98℃时停止加热，快速检测其稳定性，当稳定性在30～150ml/ml时马上放料至预热锅，否则继续保温等待，直至晶种稳定性合格。
晶型稳定剂的量为每立方晶种添加的晶型稳定剂为1～5kg；晶型稳定剂为60％聚羧酸类和40％多元醇的缩合物或者50％聚羧酸类、30％多元醇的缩合物、10％酚醛树脂和10％脲醛树脂。
锐钛型晶种的反应机理：
2NaOH+H2SO4→Na2SO4+2H2O
TiOSO4+2NaOH→Ti(OH)4↓+Na2SO4
TiOSO4+3H2O→Ti(OH)4↓+H2SO4
Ti(SO4)3+6H2O→Ti(OH)4↓+3H2SO4
中和水解生成的Ti(OH)4，在搅拌下加热胶溶形成胶粒微晶，进一步生成带电荷的TiO2+吸附在H2TiO3粒子表面使带正电荷，而不溶于稀酸，并可提高晶种活性。而Ti(OH)3不会被算溶解。正钛酸的胶溶：
Ti(OH)4+H2SO4→TiOSO4+3H2O
晶种制作使用的碱包括钠碱、氨碱(固碱和液碱都可以使用)，液碱的浓度配制范围：50～150g/L。反应机理都是一样的，就是通过控制碱的加入量，与钛液体系的游离酸反应，使钛液体系中的TiOSO4水解成正钛酸形成晶种。晶型稳定剂的加量依据晶种制作量的比例加入，每立方晶种添加晶型稳定剂1～5kg。晶型稳定剂具体是聚羧酸类、多元醇的缩合物等有机高分子材料浓度见晶种制作过程的添加量。
采用预制晶种的制作方法晶型稳定剂不能发挥作用，所以本发明水解时采用快速晶种法替代原来的预制晶种法。本发明的从晶种制作过程中加入晶型稳定剂，目的是使晶种中的正钛酸具有金红石型的预结构，具有金红石型预结构的晶种，在水解过程中诱导钛液水解成具有金红石型预结构的偏钛酸。
步骤2：制备钛液
对矿石进行溶解搅拌，得到110～170g/L的钛液，对钛液进行加热至90～108℃。该步骤使用现有的溶解技术进行制备需要的钛液。钛液的浓度均为110～170g/L，Ti3+含量：0.5～1.5g/L，F值：1.8～2.0，Fe/TiO2：0.35～0.55。
步骤3：混合水解
把制备好的晶种加入到预热好的钛液中得到混合钛液，同时搅拌10～15分钟，然后把混合钛液放入水解锅中，同时启动水解锅搅拌，当混合钛液放入60～80％时，开启小蒸汽给水解混合钛液升温；待混合钛液放完后，加大蒸汽进口阀，使水解钛液达到沸腾，混合钛液变白后继续保持沸腾2～3小时水解结束。在晶种制作过程中预热锅的钛液继续升温，并控制在98℃，等待晶种做好，一定要让预热锅的钛液等晶种做好，绝不能让晶种等钛液做好。晶种：中和温度：80℃，晶种稳定性：30-150ml/ml。
步骤4：过滤除杂完成制备
水解结束后关闭蒸汽，过滤去除杂质偏钛酸，化验取样后放料冷却待用。化验取样时，当Ti3+＜0.3g/l时，需加入适量铝粉反应生成Ti3+，然后进行过滤处理。
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请的范围内。
Claims (9)
1.一种硫酸法色料搪瓷钛白粉制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：制备晶种
将晶种钛液放入钛液进行加热，当晶种钛液温度达到72～80℃时，对晶种钛液进行搅拌同时加热；将晶型稳定剂加入到碱液中，对碱液进行加热至79～88℃，把晶种钛液加入到碱液中并加热至90～103℃，检测稳定性是否达到30～150ml/ml，当达到时，停止加热制备完成，当达不到时，保持温度90～103℃，直至稳定性达到30～150ml/ml，制备完成；
步骤2：制备钛液
对矿石进行溶解搅拌，得到110～170g/L的钛液，对钛液进行加热至90～108℃；
步骤3：混合水解
把制备好的晶种加入到预热好的钛液中得到混合钛液，同时搅拌10～15分钟，然后把混合钛液放入水解锅中，同时启动水解锅搅拌，当混合钛液放入60～80％时，开启小蒸汽给水解混合钛液升温；待混合钛液放完后，加大蒸汽进口阀，使水解钛液达到沸腾，混合钛液变白后继续保持沸腾2～3小时水解结束；
步骤4：过滤除杂完成制备
水解结束后关闭蒸汽，过滤去除杂质偏钛酸，化验取样后放料冷却待用；
所述步骤1中晶型稳定剂的量为每立方晶种添加的晶型稳定剂为1～5kg；晶型稳定剂为60％聚羧酸类和40％多元醇的缩合物，或者50％聚羧酸类、30％多元醇的缩合物、10％酚醛树脂和10％脲醛树脂。
2.根据权利要求1所述的一种硫酸法色料搪瓷钛白粉制备方法，其特征在于：所述步骤1中的晶种钛液和步骤2中的钛液的浓度均为110～170g/L，Ti3+含量：0.5～1.5g/L，F值：1.8～2.0，Fe/TiO2的质量比：0.35～0.55。
3.根据权利要求1所述的一种硫酸法色料搪瓷钛白粉制备方法，其特征在于：所述步骤1中晶种钛液的加热过程为：将晶种钛液放入钛液预热槽，打开预热锅蒸汽进口阀，给晶种钛液升温，当预热锅晶种钛液温度升到75～80℃时，启动晶种钛液槽进行搅拌并打开蒸汽进口阀，给晶种钛液升温。
4.根据权利要求1所述的一种硫酸法色料搪瓷钛白粉制备方法，其特征在于：所述步骤1中碱液加热的过程为：把碱液放入碱预热槽，加入晶型稳定剂，打开碱预热槽的蒸汽进口阀，将液碱升温至90～100℃，并保持碱液放料到晶种制作槽时温度在81～85℃。
5.根据权利要求1所述的一种硫酸法色料搪瓷钛白粉制备方法，其特征在于：所述步骤1中晶种钛液升温至81-85℃时，打开晶种钛液预热槽放料阀把预热好的晶种钛液放入晶种制作槽，控制放料时间3～9分钟，放完晶种钛液后继续加热晶种制作槽里的物料至98℃时停止加热。
6.根据权利要求1所述的一种硫酸法色料搪瓷钛白粉制备方法，其特征在于：所述步骤3中给水解混合钛液升温达到沸腾的时间为15～25分钟。
7.根据权利要求1所述的一种硫酸法色料搪瓷钛白粉制备方法，其特征在于：所述步骤2中钛液进行加热至98℃。
8.根据权利要求1所述的一种硫酸法色料搪瓷钛白粉制备方法，其特征在于：所述步骤4中化验取样时，当Ti3+＜0.3g/l时，需加入适量铝粉反应生成Ti3+，然后进行过滤处理。
9.根据权利要求1所述的一种硫酸法色料搪瓷钛白粉制备方法，其特征在于：所述步骤1中碱液为NaOH，浓度为浓度60-80g/L。
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