CN108440996A - 一种四氯化钛生产钛白粉的方法 - Google Patents

一种四氯化钛生产钛白粉的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种四氯化钛生产钛白粉的方法，包括以下步骤：1）预热后的四氯化钛与晶型转化剂、高温氧气流在氧化炉内发生氧化反应，得到含有TiO2粒子的气流；2）在四氯化钛加料环的下游加入除疤砂和包膜剂，包膜剂与氧气发生氧化反应，得到相应的氧化物，包裹在TiO2粒子表面；3）反应得到的气固混合物进入冷却管道冷却，再经气固分离，得到钛白粉。本发明通过在四氯化钛气相氧化过程中引入表面处理剂，得到表面包覆层均一、紧致的钛白粉颗粒，使钛白粉的应用性能得到提高，省去了湿法研磨和包膜的过程，实现节能减排。

Description

一种四氯化钛生产钛白粉的方法
技术领域
本发明属于钛白粉生产领域，具体涉及一种四氯化钛生产钛白粉的方法。
背景技术
目前，氯化法钛白粉生产过程中，四氯化钛发生气相氧化反应得到二氧化钛粒子，经过一段管道冷却和气固分离，再制浆，然后进行与硫酸法相同的后处理工艺，即金红石初品经湿法研磨，使得二氧化钛团聚体颗粒分离开，然后往二氧化钛料浆中分别加入不同的表面包膜剂，进行或连续或间歇的包膜过程。包膜完成的料浆再经压滤、水洗、干燥和气流粉碎，装包得到金红石型二氧化钛成品。
现有的湿法包膜工艺是将具有一定浓度、温度的金红石初品料浆置于储罐中，在搅拌桨的作用下，按照设定的顺序添加各类包膜剂。该过程占用了一定的设备投资、能耗、生产时间，得到的包覆层均匀性较差，且会产生较多废液。
因此，亟需提供一种钛白粉生产方法，可得到表面包覆层均一、紧致的钛白粉颗粒，且能够缩短工艺流程，减少了废液排放。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种四氯化钛生产钛白粉的方法，通过在四氯化钛气相氧化过程中引入表面处理剂，得到表面包覆层均一、紧致的钛白粉颗粒，省去了湿法研磨和包膜的过程，实现节能减排。
本发明提供了一种四氯化钛生产钛白粉的方法，包括以下步骤：
1）预热后的四氯化钛与晶型转化剂、高温氧气流在氧化炉内发生氧化反应，得到含有TiO2粒子的气流；
2）在四氯化钛加料环的下游加入除疤砂和包膜剂，包膜剂与氧气发生氧化反应，得到相应的氧化物，包裹在TiO2粒子表面；
3）反应得到的气固混合物进入冷却管道冷却，再经气固分离，得到钛白粉。
优选情况下，预热后四氯化钛的温度控制在300~600℃，进一步优选为400~500℃。
本发明中，所述晶型转化剂可以为卤化铝，例如AlCl3、AlBr3或AlI3，优选为AlCl3；以Al2O3计，卤化铝的加入量可为四氯化钛总质量的0.1~3%，优选为0.2~2.5%。
根据本发明，所述高温氧气流的温度可控制在1000~1800℃，优选为1500~1700℃。
本发明中，所述包膜剂可选自卤化硅、卤化锆、卤化钛、卤化铈、卤化磷和卤化铝中的至少一种。当添加多种包膜剂时，各包膜剂可以是依次向冷却管道下游延伸添加，也可以从同一加料口添加；加料口可以是一个，也可以是多个；加入前可以是混合均匀的，也可以是各包膜剂通过支管汇入加料口的。
本发明中，所述卤化硅可以为SiCl4、SiBr4或SiI4，优选为SiCl4；以SiO2计，卤化硅的加入量为四氯化钛总质量的0.1~8%，优选为0.2~6.5%。
本发明中，所述卤化锆可以为ZrCl4、ZrBr4或ZrI4，优选为ZrCl4；以ZrO2计，卤化锆的加入量为四氯化钛总质量的0.02~1%，优选为0.05~1%。
本发明中，所述卤化钛可以为TiCl4、TiBr4或TiI4，优选为TiCl4；以TiO2计，卤化钛的加入量为四氯化钛总质量的0.1~3%，优选为0.4~2.5%。
本发明中，所述卤化铈可以为CeCl3、CeBr3或CeI3，优选为CeCl3；以CeO2计，卤化铈的加入量为四氯化钛总质量的0.02~1.5%，优选为0.05~1.3%。
本发明中，所述卤化磷可以为PCl3、PCl2、POCl3、PCl5、PBr3、POBr3，或其混合物，优选为PCl3、PCl2、POCl3和PCl5中的至少一种；以P2O5计，卤化磷的加入量为四氯化钛总质量的0.02~3%，优选为0.05~2.5%。
本发明中，所述卤化铝可以为AlCl3、AlBr3或AlI3，优选为AlCl3；以Al2O3计，卤化铝的加入量为四氯化钛总质量的0.1~3%，优选为0.4~2.5%。
本发明中，未进行特别限定的其它四氯化钛高温氧化条件均可根据本领域的现有技术进行常规选择。例如冷却管道的末端温度可控制为140~240℃。
与现有技术相比，本发明具有如下有益点：
采用本发明的方法，通过在四氯化钛气相反应阶段引入各类包膜剂，得到膜层均一、质量优良的二氧化钛颗粒；另外，该方法具有工艺流程短，包膜剂与TiO2基底充分混合均匀的特点，大大提高了钛白粉的应用性能，如遮盖性、光泽度、耐候性等，且减少了废液排放，降低后续废液处理的投入。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明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。
实施例1-3用于说明本发明的四氯化钛生产钛白粉的方法。
实施例1
包括以下步骤：
1）预热至450℃的四氯化钛与晶型转化剂AlCl3、1600℃的高温氧气流在氧化炉内发生氧化反应，得到含有TiO2粒子的气流；以Al2O3计，AlCl3的加入量为四氯化钛总质量的0.5%；
2）在四氯化钛加料环的下游加入除疤砂和包膜剂，包膜剂与氧气发生氧化反应，得到相应的氧化物，包裹在TiO2粒子表面；所述包膜剂为SiCl4和AlCl3，SiCl4的加入量为四氯化钛总质量的0.5%，AlCl3的加入量为四氯化钛总质量的1.5%；
3）反应得到的气固混合物进入冷却管道冷却，再经气固分离，得到钛白粉。
实施例2
包括以下步骤：
1）预热至400℃的四氯化钛与晶型转化剂AlCl3、1650℃的高温氧气流在氧化炉内发生氧化反应，得到含有TiO2粒子的气流；以Al2O3计，AlCl3的加入量为四氯化钛总质量的1%；
2）在四氯化钛加料环的下游加入除疤砂和包膜剂，包膜剂与氧气发生氧化反应，得到相应的氧化物，包裹在TiO2粒子表面；所述包膜剂为ZrCl4、SiCl4和AlCl3，ZrCl4的加入量为四氯化钛总质量的0.7%，SiCl4的加入量为四氯化钛总质量的1%，AlCl3的加入量为四氯化钛总质量的1.5%；
3）反应得到的气固混合物进入冷却管道冷却，再经气固分离，得到钛白粉。
实施例3
包括以下步骤：
1）预热至500℃的四氯化钛与晶型转化剂AlCl3、1650℃的高温氧气流在氧化炉内发生氧化反应，得到含有TiO2粒子的气流；以Al2O3计，AlCl3的加入量为四氯化钛总质量的1.5%；
2）在四氯化钛加料环的下游加入除疤砂和包膜剂，包膜剂与氧气发生氧化反应，得到相应的氧化物，包裹在TiO2粒子表面；所述包膜剂为CeCl3和SiCl4，CeCl3的加入量为四氯化钛总质量的0.9%，SiCl4的加入量为四氯化钛总质量的1.2%；
3）反应得到的气固混合物进入冷却管道冷却，再经气固分离，得到钛白粉。
对比例1
未进行包覆的钛白粉粗品的制备，包括以下步骤：
1）预热至450℃的四氯化钛与晶型转化剂AlCl3、1600℃的高温氧气流在氧化炉内发生氧化反应，得到含有TiO2粒子的气流；以Al2O3计，AlCl3的加入量为四氯化钛总质量的0.5%；
2）反应得到的气固混合物进入冷却管道冷却，再经气固分离，得到钛白粉粗品。
对比例2
采用湿法包膜制备钛白粉，包括以下步骤：
1）预热至450℃的四氯化钛与晶型转化剂AlCl3、1600℃的高温氧气流在氧化炉内发生氧化反应，得到含有TiO2粒子的气流；以Al2O3计，AlCl3的加入量为四氯化钛总质量的0.5%；
2）反应得到的气固混合物进入冷却管道冷却，再经气固分离，得到钛白粉粗品；
3）采用常规的湿法包膜对钛白粉进行包覆，包膜剂为SiCl4和AlCl3，SiCl4的加入量为四氯化钛总质量的0.5%，AlCl3的加入量为四氯化钛总质量的1.5%，得到钛白粉；具体方法：采用上述比例换算得到钛白粉粗品、包覆剂的量，将钛白粉粗品分散在去离子水中，加入分散剂NaPO3，其质量为钛白粉粗品质量的0.4%，用NaOH调节pH值至9-10之间，加热至设定温度，添加包覆剂，在设定时间内滴加完毕，滴加过程中保持温度为设定温度，用无机酸或无机碱随时调节pH值，使之始终处于设定的范围内，反应完毕后室温陈化2h，抽滤、干燥、研磨得到钛白粉。
采用本领域的常规测试方法对实施例和对比例制得的钛白粉进行性能测试，结果如表1所示。
表1
由表1的数据可知，采用本发明的方法制得的钛白粉，与湿法包膜相比，具有更高的消色力、白度和光泽性。
另外，将实施例1、对比例1和对比例2得到的钛白粉样品制成薄膜进行耐候性测试，在同样的光照条件下，实施例1样品制得的薄膜色差更小，说明采用本发明方法制得的钛白粉具有更好的耐候性。而且，本发明方法缩短了工艺流程，减少了废液排放，有利于环境保护。
以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种四氯化钛生产钛白粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）预热后的四氯化钛与晶型转化剂、高温氧气流在氧化炉内发生氧化反应，得到含有TiO2粒子的气流；
2）在四氯化钛加料环的下游加入除疤砂和包膜剂，包膜剂与氧气发生氧化反应，得到相应的氧化物，包裹在TiO2粒子表面；
3）反应得到的气固混合物进入冷却管道冷却，再经气固分离，得到钛白粉。
2.根据权利要求1所述的四氯化钛生产钛白粉的方法，其特征在于：预热后四氯化钛的温度控制在300~600℃。
3.根据权利要求1所述的四氯化钛生产钛白粉的方法，其特征在于：所述晶型转化剂为卤化铝，以Al2O3计，其加入量为四氯化钛总质量的0.1~3%。
4.根据权利要求1所述的四氯化钛生产钛白粉的方法，其特征在于：所述高温氧气流的温度控制在1000~1800℃。
5.根据权利要求1所述的四氯化钛生产钛白粉的方法，其特征在于：所述包膜剂选自卤化硅、卤化锆、卤化钛、卤化铈、卤化磷和卤化铝中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的四氯化钛生产钛白粉的方法，其特征在于：所述卤化硅为SiCl4，以SiO2计，其加入量为四氯化钛总质量的0.1~8%。
7.根据权利要求5所述的四氯化钛生产钛白粉的方法，其特征在于：所述卤化锆为ZrCl4，以ZrO2计，其加入量为四氯化钛总质量的0.02~1%。
8.根据权利要求5所述的四氯化钛生产钛白粉的方法，其特征在于：所述卤化钛为TiCl4，以TiO2计，其加入量为四氯化钛总质量的0.1~3%。
9.根据权利要求5所述的四氯化钛生产钛白粉的方法，其特征在于：所述卤化铈为CeCl3，以CeO2计，其加入量为四氯化钛总质量的0.02~1.5%。
10.根据权利要求5所述的四氯化钛生产钛白粉的方法，其特征在于：所述卤化磷为PCl3、PCl2、POCl3和PCl5中的至少一种，以P2O5计，其加入量为四氯化钛总质量的0.02~3%；所述卤化铝为AlCl3，以Al2O3计，其加入量为四氯化钛总质量的0.1~3%。
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