CN109704397A - 一种生产高耐候半成品二氧化钛的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半成品二氧化钛制备技术领域，公开一种生产高耐候半成品二氧化钛的方法，包括：在氧化炉的加热区内安装耐高温温度计，并设定耐高温温度计与燃料流量连锁；将晶型转化剂、晶粒细化剂伴随着四氯化钛加热到510‑550℃直接进入氧化炉的反应区，同时890‑920℃氧气进入加热区，加热至1500‑1600℃进入到反应区；控制加热区和反应区的压力，将混合着晶型转化剂和晶粒细化剂的四氯化钛的气流以200‑300m/s气速与氧气气流以30‑60m/s气速混合反应；反应后的含有半成品二氧化钛的物料经氧化炉的冷却端迅速冷却，经气固分离和除余氯。本发明方法制得的半成品二氧化钛的耐候性较高。
Description
技术领域
本发明属于半成品二氧化钛制备技术领域，具体涉及一种生产高耐候半成品二氧化钛的方法。
背景技术
氯化法钛白粉生产步骤如下图1所示：钛原料经加碳氯化反应生成含气态四氯化钛的炉气，含气态四氯化钛炉气被冷凝为液态粗四氯化钛，粗四氯化钛提纯为精四氯化钛，精四氯化钛气相氧化为半成品二氧化钛，半成品二氧化钛经冷却、气固分离、除余氯及收集后，打入后处理制备成品钛白粉。后处理主要包括砂磨、分级、包膜、水洗、干燥、粉碎和包装等工序。
氯化法钛白粉主要应用于涂料、塑料和造纸等领域，不同应用领域的使用环境对耐候性要求不一。当钛白粉应用于户外环境中，比如外墙涂料、汽车漆、卷钢涂料、户外PVC建筑用品，屋顶薄膜等，对耐候性要求高。具体来说，要求钛白粉制成户外用涂料、塑料和造纸后，在复杂的气候条件的作用下，比如风吹日晒雨淋等，不会发生黄变、粉化和失光等现象。
高耐候的氯化法钛白粉依赖半成品二氧化钛的缺陷少的完美晶格和致密包膜。但包膜的作用只是在二氧化钛颗粒表面包覆一层膜，堵塞光活化点，降低其光化学作用力，如果氧化阶段的半成品二氧化钛晶格缺陷多，即便再致密的包膜，也无法生产出高耐候的氯化法钛白粉。制造高耐候氯化法钛白粉关键仍在于制备完美晶格的半成品二氧化钛。
目前关于制备高耐候的氯化法半成品二氧化钛的资料较少。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的是提供一种生产高耐候半成品二氧化钛的方法，通过提高四氯化钛进口温度，并高速进入反应区，使得四氯化钛和氧气快速均匀混合，提高氯化法半成品二氧化钛的耐候性。
本发明提供了一种生产高耐候半成品二氧化钛的方法，包括以下步骤：
S1、在氧化炉的加热区内安装耐高温温度计，并设定耐高温温度计与燃料流量连锁；
S2、加热：将晶型转化剂、晶粒细化剂伴随着四氯化钛加热到510-550℃直接进入氧化炉的反应区，同时890-920℃氧气进入加热区，加热至1500-1600℃进入到反应区；
S3、混合：控制加热区和反应区的压力，将混合着晶型转化剂和晶粒细化剂的四氯化钛的气流以200-300m/s气速与氧气气流以30-60m/s气速混合，发生气相氧化反应；
S4、反应后的含有半成品二氧化钛的物料经氧化炉的冷却端迅速冷却，经气固分离和除余氯，得到半成品二氧化钛。
本发明中，加热区所用燃料可以为任一热值高的燃料，优选地，加热区所用燃料为甲苯。
优选地，所述晶型转化剂为氯化铝，其添加量保证氧化铝占半成品二氧化钛质量的1.0-1.5%。
优选地，所述晶粒细化剂为钾的卤化物或铯的卤化物，其添加量为四氯化钛进料质量的10-1000ppm。
进一步优选地，所述晶粒细化剂为氯化铯。
优选地，反应区内设有四氯化钛气体分布器或四氯化钛气体分布环，使四氯化钛与氧气快速均匀混合。气体分布器或气体分布环的设置使四氯化钛经多个通道进入反应区，从多个方向上与氧气快速均匀混合。
根据本发明，S3中，加热区和反应区的压力控制主要依靠混合着晶型转化剂和晶粒细化剂的四氯化钛和氧气流量大小调节。制备不同类型（用途）的半成品二氧化钛选用不同的压力。
优选地，S3中，生产高耐候的塑料用半成品二氧化钛时，加热区和反应区压力控制在1.0-1.5bar；生产高耐候的涂料用半成品二氧化钛时，加热区和反应区压力控制在1.5-2.5bar；生产高耐候的造纸用半成品二氧化钛时，加热区和反应区压力控制在2.5-3.0bar。
优选地，生产高耐候的塑料用半成品二氧化钛时，四氯化钛的混合气流中除含有晶型转化剂和晶粒细化剂外，还含有铈的卤化物。铈的卤化物的加入可进一步细化半成品二氧化钛的晶粒等，改善塑料用半成品二氧化钛的耐候性，铈的卤化物的用量可根据现有技术进行常规选择。
进一步优选地，所述铈的卤化物为氯化铈。
本发明中未加以限定的步骤和参数均可根据现有技术进行常规选择，属于本领域的常规技术手段。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明主要通过改善精四氯化钛气相氧化步骤，提高氯化法半成品二氧化钛的耐候性，具体从四方面入手制备完美晶格的高耐候氯化法半成品二氧化钛，使四氯化钛进口温度尽可能高，四氯化钛与氧气更加迅速达到热平衡；混合物料高速进入反应区，使得四氯化钛和氧气快速均匀混合；晶型转化剂氯化铝添加量需保证氧化铝占半成品二氧化钛质量的1.0%-1.5%，这个添加量是高于满足晶型转化所需的试剂用量，加过量氯化铝目的也是为了增加半成品耐候性，后处理包膜过程中，包覆氧化铝可提高耐候性，而本发明则是从气相氧化过程中加入过量氯化铝转化为氧化铝，与二氧化钛共氧化，相比起后处理包膜氧化铝，此种方式的氧化铝和二氧化钛结合更紧密，弥补晶格缺陷，替代后处理中包膜需要的氧化铝的部分用量；生产高耐候的塑料用半成品二氧化钛时，额外加入铈的卤化物，相比起后处理包膜氧化铈提高耐候性，此种方式的氧化铈和二氧化钛结合更紧密，弥补晶格缺陷，替代后处理中包膜需要的氧化铈的部分用量。
附图说明
图1：现有技术中氯化法钛白粉的生产流程图。
图2：氧化炉的结构示意图。
图3：实施例及对比例的耐候性对比图。
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1-4用于说明本发明的生产高耐候半成品二氧化钛的方法，该方法在图2所示的氧化炉中完成。
实施例1
S1、加热区安装耐高温温度计，并设定与燃料流量连锁，根据设定的1600℃氧气加热温度调节燃料量，所用燃料为甲苯。
S2、加热：将晶型转化剂（氯化铝，添加量使氧化铝占半成品二氧化钛质量的1.0%）、晶粒细化剂（氯化铯，添加量为四氯化钛进料质量的100ppm）伴随着四氯化钛加热到550℃直接进入反应区，同时氧气预热至920℃进入加热区，加热至1600℃进入到反应区。
S3、混合：加热区和反应区压力控制2.5bar，在混合有晶型转化剂和晶粒细化剂的四氯化钛的气流以300m/s气速与氧气气流以60m/s气速混合，发生气相氧化反应，在反应区内设有四氯化钛气体分布器。
S4、反应后的含有涂料用半成品二氧化钛的物料经冷却区迅速冷却，气固分离和除余氯，储存于储罐中。
实施例2
S1、加热区安装耐高温温度计，并设定与燃料流量连锁，根据1500℃氧气加热温度调节燃料量，所用燃料为甲苯。
S2、加热：将晶型转化剂（氯化铝，添加量使氧化铝占半成品二氧化钛质量的1.2%）、晶粒细化剂（氯化铯，添加量为四氯化钛进料质量的500ppm）伴随着四氯化钛加热到510℃直接进入反应区，同时氧气预热至890℃进入加热区，加热至1500℃进入到反应区。
S3、混合：控制加热区和反应区压力在1.5bar，将混合有晶型转化剂和晶粒细化剂的四氯化钛的气流以200m/s气速与氧气气流以30m/s气速混合，发生气相氧化反应，在反应区内设有四氯化钛气体分布器。
S4、反应后的含有涂料用半成品二氧化钛的物料经冷却区迅速冷却，气固分离和除余氯，储存于储罐中。
实施例3
S1、加热区安装耐高温温度计，并设定与燃料流量连锁，根据设定的1600℃氧气加热温度调节燃料量，所用燃料为甲苯。
S2、加热：将晶型转化剂（氯化铝，添加量使氧化铝占半成品二氧化钛质量的1.0%）、晶粒细化剂（氯化铯，添加量为四氯化钛进料质量的100ppm）和氯化铈伴随着四氯化钛加热到550℃直接进入反应区，同时氧气预热至920℃进入加热区，加热至1600℃进入到反应区。
S3、混合：加热区和反应区压力控制1.2bar，在混合有晶型转化剂和晶粒细化剂的四氯化钛的气流以300m/s气速与氧气气流以60m/s气速混合，发生气相氧化反应，在反应区内设有四氯化钛气体分布器。
S4、反应后的含有塑料用半成品二氧化钛的物料经冷却区迅速冷却，气固分离和除余氯，储存于储罐中。
实施例4
S1、加热区安装耐高温温度计，并设定与燃料流量连锁，根据1550℃氧气加热温度调节燃料量，所用燃料为甲苯。
S2、加热：将晶型转化剂（氯化铝，添加量使氧化铝占半成品二氧化钛质量的1.5%）、晶粒细化剂（氯化铯，添加量为四氯化钛进料质量的200ppm）伴随着四氯化钛加热到510℃直接进入反应区，同时氧气预热至890℃进入加热区，加热至1550℃进入到反应区。
S3、混合：控制加热区和反应区压力在2.8bar，将混合有晶型转化剂和晶粒细化剂的四氯化钛的气流以200m/s气速与氧气气流以30m/s气速混合，发生气相氧化反应，在反应区内设有四氯化钛气体分布器。
S4、反应后的含有造纸用半成品二氧化钛的物料经冷却区迅速冷却，气固分离和除余氯，储存于储罐中。
对比例
S1、加热区安装耐高温温度计，并设定与燃料流量连锁，根据1450℃氧气加热温度调节燃料量，所用燃料为甲苯。
S2、加热：将晶型转化剂（氯化铝，添加量使氧化铝占半成品二氧化钛质量的0.9%）、晶粒细化剂（氯化铯，添加量为四氯化钛进料质量的200ppm）伴随着四氯化钛加热到450℃直接进入反应区，同时氧气预热至880℃进入加热区，加热至1450℃进入到反应区。
S3、混合：控制加热区和反应区压力在2.5bar，将混合有晶型转化剂和晶粒细化剂的四氯化钛的气流以150m/s气速与氧气气流以20m/s气速混合，发生气相氧化反应，在反应区内设有四氯化钛气体分布器。
S4、反应后的含有造纸用半成品二氧化钛的物料经冷却区迅速冷却，气固分离和除余氯，储存于储罐中。
将实施例1-4及对比例得到的样品进行耐候性检测，结果如表1和图3所示：
检测结果表明采用本发明方法制备的半成品二氧化钛具有较优的耐候性。
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 (9)
1.一种生产高耐候半成品二氧化钛的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在氧化炉的加热区内安装耐高温温度计，并设定耐高温温度计与燃料流量连锁；
S2、加热：将晶型转化剂、晶粒细化剂伴随着四氯化钛加热到510-550℃直接进入氧化炉的反应区，同时890-920℃氧气进入加热区，加热至1500-1600℃进入到反应区；
S3、混合：控制加热区和反应区的压力，将混合着晶型转化剂和晶粒细化剂的四氯化钛的气流以200-300m/s气速与氧气气流以30-60m/s气速混合，发生气相氧化反应；
S4、反应后的含有半成品二氧化钛的物料经氧化炉的冷却端迅速冷却，经气固分离和除余氯，得到半成品二氧化钛。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：加热区所用燃料为甲苯。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述晶型转化剂为氯化铝，其添加量保证氧化铝占半成品二氧化钛质量的1.0-1.5%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述晶粒细化剂为钾的卤化物或铯的卤化物，其添加量为四氯化钛进料质量的10-1000ppm。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述晶粒细化剂为氯化铯。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应区内设有四氯化钛气体分布器或四氯化钛气体分布环，使四氯化钛与氧气快速均匀混合。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：S3中，生产高耐候的塑料用半成品二氧化钛时，加热区和反应区压力控制在1.0-1.5bar；生产高耐候的涂料用半成品二氧化钛时，加热区和反应区压力控制在1.5-2.5bar；生产高耐候的造纸用半成品二氧化钛时，加热区和反应区压力控制在2.5-3.0bar。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：生产高耐候的塑料用半成品二氧化钛时，四氯化钛的混合气流中还含有铈的卤化物。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述铈的卤化物为氯化铈。
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