CN115651425A - 一种氯化副产盐酸用于钛白粉单铝包膜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氯化副产盐酸用于钛白粉单铝包膜的方法。该方法包含：将氯化副产盐酸用纯水稀释；将钛白粉干粉初品配制成浆料，加热并维持浆料温度；向浆料中滴加经稀释后的氯化副产盐酸，调节浆料pH值为5.0～6.5并进行熟化；向钛白粉浆料中滴加偏铝酸钠溶液，并向浆料中滴加经稀释后的氯化副产盐酸，控制pH值为5.0～6.5，滴加结束后进行浆料熟化；向钛白粉浆料中滴加NaOH溶液，将pH值调节至7.0～8.0并进行熟化；将钛白粉浆料洗涤、烘干，得到单铝包膜的钛白粉。本发明的方法利用氯化副产盐酸作为包膜中和剂进行钛白后处理无机包膜，可大量利用和平衡氯化系统产生的副产盐酸，减少氯化工序废副处理成本。

Description

一种氯化副产盐酸用于钛白粉单铝包膜的方法

技术领域

本发明属于钛白粉加工技术领域，特别涉及到一种氯化副产盐酸用于钛白粉单铝包膜的方法。

背景技术

钛白粉是仅次于合成氨和磷酸的第三大无机化工产品，它作为一种白色无机颜料，具有无毒、最佳的不透明度和白度、良好的遮盖力和着色力等优点，被广泛应用于涂料、塑料、造纸、油墨等领域。钛白粉主流工业生产工艺包括硫酸法和氯化法。硫酸法流程长，可以直接用钛精矿来生产，但其品质低于氯化法钛白粉，另外硫酸法所产生的废酸等会严重污染环境。而氯化法工艺流程短，更易获得高质量金红石型钛白，并且对环境基本不造成污染。目前，我国的钛白粉仍以硫酸法钛白为主，无论是通用型产品，还是塑料、油墨等专用领域产品，钛白粉高端市场仍然被国外生产商所垄断，我国每年仍需进口数以万吨高品质氯化法钛白粉以满足国内需求。目前，突破国外厂家的技术封锁，研发生产自主品牌的高品质钛白粉是国内钛白粉行业的重要目标。

无机包膜是指在TiO₂粒子表面包覆一层或多层水合无机氧化物，一方面可降低TiO₂颗粒的表面能，避免颗粒间的相互团聚，从而提高产品的分散性，另一方面可隔绝光线中的紫外线与TiO₂颗粒的直接接触，起到屏障的作用，以降低TiO₂的光催化作用，从增强钛白粉的抗粉化性，提高其光学稳定性及耐候性。无机表面处理常用SiO₂、Al₂O₃和ZrO₂，包膜剂一般包括硅酸钠、偏铝酸钠、硫酸铝和硫酸锆等，故常见的无机包膜工艺有单铝包膜、单硅包膜、硅铝包膜和锆铝包膜等几种，具体可根据应用体系不同而相应调整。单铝主要用于油性体系，单硅用于水性体系，硅铝和锆铝多用于对抗紫外要求较高的通用型油性或水性体系中。

在氯化法钛白生产过程中，氯化尾气需要经多级水洗，水洗后的喷淋酸还要采用碱中和后浓缩结晶的处理方法，这导致了原料浪费和废副处理成本高等问题。此外，随着环保要求的日益提高，更突显出氯化副产盐酸的处理难度。

因此，期望研究一种氯化副产盐酸应用于钛白粉单铝包膜的方法来实现氯化系统产生的副产盐酸的利用和平衡，并且获得高品质钛白成品。

发明内容

为了解决现有的技术问题中的至少一项，本发明提出了一种氯化副产盐酸用于钛白粉单铝包膜的方法。本发明的方法利用氯化副产盐酸作为包膜中和剂进行钛白后处理无机包膜，一方面可大量利用和平衡氯化系统产生的副产盐酸，减少氯化工序废副处理成本，而且在后处理工艺可以阻止硫酸体系中硫酸根的加入，从而避免在包膜成品中引入硫。

依据本发明，提供一种氯化副产盐酸用于钛白粉单铝包膜的方法，包含以下步骤：

步骤1)：将氯化副产盐酸用纯水稀释备用；

步骤2)：将钛白粉干粉初品配制成钛白粉浆料，加热并维持浆料温度；

步骤3)：向浆料中滴加步骤1)经稀释后的氯化副产盐酸，调节浆料pH值为5.0～6.5并进行熟化；

步骤4)：向步骤3)的钛白粉浆料中滴加偏铝酸钠溶液，同时向浆料中滴加步骤1)经稀释后的氯化副产盐酸，控制pH值为5.0～6.5，滴加结束后进行浆料熟化；

步骤5)：向步骤4)的钛白粉浆料中滴加NaOH溶液，将pH值调节至7.0～8.0并进行熟化；

步骤6)：将步骤5)的钛白粉浆料洗涤、烘干，得到单铝包膜的钛白粉。

根据本发明的一个实施例，步骤1)中氯化副产盐酸用纯水稀释至质量浓度为5％～15％。

根据本发明的一个实施例，步骤2)中所配制的钛白粉浆料的浓度以TiO₂计为220g/L～320g/L。

根据本发明的一个实施例，步骤2)中浆料加热温度为50℃～80℃。

根据本发明的一个实施例，步骤3)中氯化副产盐酸的滴加时间为20min～40min，浆料熟化时间为10min～30min。

根据本发明的一个实施例，步骤4)中偏铝酸钠与钛白粉的质量比以Al₂O₃:TiO₂计为0.5:100～2.0:100，偏铝酸钠溶液的质量浓度以Al₂O₃计为95～105g/L。

根据本发明的一个实施例，步骤4)中滴加时间为60min～180min，浆料熟化时间为60min～90min。

根据本发明的一个实施例，步骤5)中NaOH溶液的质量分数为10％～20％，NaOH溶液的滴加时间为20min～60min，熟化时间为60min～90min。

根据本发明的一个实施例，步骤6)中洗涤包括使用纯水洗涤钛白粉浆料，纯水与钛白粉的质量比按H₂O:TiO₂计不低于20：1。

根据本发明的一个实施例，步骤6)中洗涤使用的纯水温度为50℃～80℃。

由于采用以上技术方案，本发明与现有技术相比具有下列有益效果中的至少一项：

(1)与常规采用碱中和氯化尾气经水洗后的喷淋酸再浓缩结晶的处理工艺相比，本发明的方法节约了企业废副处理成本，另外，利用氯化副产盐酸作为包膜中和剂替代外购纯盐酸进行钛白后处理无机包膜，又节约了企业原辅料购置成本，为企业创造了新的价值；

(2)在后处理工艺可以阻止硫酸体系中硫酸根的加入，从而避免在包膜成品中引入硫；

(3)该方法无需对氯化副产盐酸进行预处理(例如加入絮凝剂、吸附剂、树脂或活性炭等去除副产盐酸中的杂质，或者经过膜过滤系统过滤除去副产盐酸中的杂质)，可直接稀释后用作包膜中和剂，这大大简化了氯化副产盐酸的使用，产线应用时不会增加任何预处理工序，也不会增加任何工艺设备(如沉降槽、吸附槽、膜过滤装置及相关工艺管道、阀门和仪表自控等)，节约了企业固定资产新增投资成本；

(4)通过对钛白粉无机包膜过程中的工艺参数的调整，利用铝包膜获得致密氧化铝膜层，降低钛白粉光化学活性，改善其亮度和光泽度，使二氧化钛在塑料和油墨等应用体系中具有更好的分散性，并保证二氧化钛的耐候性，通过控制包膜过程关键工艺参数包括pH值、温度、包膜中和剂氯化副产盐酸滴加时间等，以获得优异的氧化铝包覆效果，将氯化副产盐酸稀释后使用，可以避免有色金属在包膜过程中沉积在钛白粉上，影响产品的颜料性能(比如白度)，另外，铝包膜过程中pH控制在酸性范围内，以保证获得具有无定型致密结构的氧化铝膜层。

附图说明

图1为根据本发明的一个实施例的氯化副产盐酸用于钛白粉单铝包膜的方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种氯化副产盐酸用于钛白粉单铝包膜的方法。如图1所示，该方法总体包含下文介绍的多个步骤。

步骤S1：将氯化副产盐酸用纯水稀释备用

本发明的方法所使用的氯化副产盐酸是在氯化法钛白生产过程中，氯化尾气经多级水洗后的喷淋酸。20％～30％的氯化副产盐酸中含有一定量的杂质元素，因此，将其稀释，使得氯化副产盐酸中如钒、铁等的有色金属稀释到足够低，避免有色金属在包膜过程中沉积在钛白粉上，影响产品的颜料性能，例如白度。在本发明的一些可选实施例中，可以将氯化副产盐酸用纯水稀释至质量浓度为5％～15％，备用。

步骤S2：将钛白粉干粉初品配制成钛白粉浆料，加热并维持浆料温度

具体地，可以将钛白粉干粉初品配制成浓度以TiO₂计为220g/L～320g/L的钛白粉浆料，然后加热浆料并维持浆料温度为50℃～80℃。浆料的浓度和温度对于浆料的分散性有显著影响，浆料的分散性会对颜料的消色力、遮盖力和涂层的光泽度等产生影响。因此，需要将钛白粉浆料的浓度和温度控制在适当的范围内。

步骤S3：向浆料中滴加经稀释后的氯化副产盐酸，调节浆料pH值为5.0～6.5并进 行熟化

具体地，向浆料中滴加步骤S1中的经稀释后的氯化副产盐酸，调节浆料的pH值为5.0～6.5，氯化副产盐酸的滴加时间控制在20min～40min，浆料的熟化时间控制在10min～30min。

步骤S4：向钛白粉浆料中滴加偏铝酸钠溶液，同时向浆料中滴加经稀释后的氯化 副产盐酸，控制pH值为5.0～6.5，滴加结束后进行浆料熟化

具体地，按偏铝酸钠与钛白粉的质量比以Al₂O₃:TiO₂计为0.5:100～2.0:100的比例向步骤S3中的钛白粉浆料中滴加偏铝酸钠溶液，同时向浆料中滴加步骤S1经稀释后的氯化副产盐酸，将pH值控制为5.0～6.5，滴加时间控制在60min～180min，熟化时间控制在60min～90min。其中偏铝酸钠溶液的质量浓度以Al₂O₃计为95～105g/L。

本发明的方法在TiO₂粒子表面包覆Al₂O₃。氧化铝为典型的两性氧化物，通常来说，铝包膜过程中，沉淀出的铝是以水合氧化物，即Al(OH)₃的形式存在，而水合氧化铝有多种结构形态。经发明人研究发现，在不同pH条件下可得到不同结构的水合氧化铝。一般酸性条件下(pH<6)沉积的水合氧化铝主要以无定型结构存在，该结构致密性较好。在碱性条件下(pH值为8～10)沉积的水合氧化铝主要以勃姆石和假勃姆石结构存在，该结构疏松多孔，分散性较好。在更强的碱性条件下(例如pH>10)沉积的水合氧化铝主要以三水铝石结构存在，该结构亮度较高，根据不同的应用可以选择不同的包膜方式。

铝包膜过程中pH值控制在酸性范围内，以保证获得具有无定型致密结构的氧化铝膜层。通过控制包膜过程关键工艺参数包括pH值、温度、包膜中和剂氯化副产盐酸滴加时间等，可以获得优异的氧化铝包覆效果。

步骤S5：向钛白粉浆料中滴加NaOH溶液，将pH值调节至7.0～8.0并进行熟化

具体地，用质量分数为10％～20％的NaOH溶液将钛白粉浆料pH值调节至7.0～8.0，NaOH溶液滴加时间控制在20min～60min，熟化时间控制在60min～90min。

步骤S6：将钛白粉浆料洗涤、烘干，得到单铝包膜的钛白粉

具体地，使用纯水洗涤钛白粉浆料，纯水与钛白粉的质量比按H₂O:TiO₂计不低于20：1，洗涤使用的纯水温度为50℃～80℃。

以下为根据本发明的氯化副产盐酸用于钛白粉单铝包膜的方法的具体实施例。除非另有说明，下列实施例中所使用的原料、设备、耗材等均可通过常规商业手段获得。

对于涉及数值范围的部分，本领域技术人员可依据实际需要选择本发明所限定的数值范围中的任意值，并不局限于具体实施例中所列的数值。

实施例1

将氯化副产盐酸用纯水稀释至质量浓度为10％。

将钛白粉干粉初品配制成浓度为280g/L的钛白粉浆料，取钛白粉浆料714mL，加热并维持浆料温度为70℃。

向浆料中滴加10％的氯化副产盐酸，调节浆料pH值至6.0，滴加时间为30min，熟化时间为30min。

滴加浓度为100g/L的偏铝酸钠溶液20.0mL，同时向浆料中滴加10％的氯化副产盐酸，将pH值控制为6.0，以pH值控制氯化副产盐酸滴加量，滴加时间为90min，熟化时间为60min。

滴加质量分数为15％的NaOH溶液，将钛白粉浆料的pH值调节至7.5，以pH值控制15％的NaOH溶液的滴加量，滴加时间为20min，熟化时间为60min。

过滤并用纯水洗涤浆料，洗水温度为70℃，洗涤水量为4000mL，烘干，得到单铝包膜的钛白粉。将获得的单铝包膜的钛白粉用气流粉碎，检测产品性能指标，包膜后的钛白粉性能指标见表1。

实施例2

将氯化副产盐酸用纯水稀释至质量浓度为15％。

将钛白粉干粉初品配制成浓度为250g/L的钛白粉浆料，取钛白粉浆料800mL，加热并维持浆料温度为60℃。

向浆料中滴加15％的氯化副产盐酸，调节浆料pH值至5.5，滴加时间为40min，熟化时间为20min。

滴加浓度为100g/L偏铝酸钠溶液20.0mL，同时向浆料中滴加15％的氯化副产盐酸，将pH值控制为5.5，以pH值控制氯化副产盐酸滴加量，滴加时间为120min，熟化时间为60min。

滴加质量分数为10％的NaOH溶液，将钛白粉浆料的pH值调节至7.8，以pH值控制10％的NaOH溶液的滴加量，滴加时间为30min，熟化时间为90min。

过滤并用纯水洗涤浆料，洗水温度为60℃，洗涤水量为4000mL，烘干，得到单铝包膜的钛白粉。将获得的单铝包膜的钛白粉用气流粉碎，检测产品性能指标，包膜后的钛白粉性能指标见表1。

实施例3

将氯化副产盐酸用纯水稀释至质量浓度为5％。

将钛白粉干粉初品配制成浓度为300g/L的钛白粉浆料，取钛白粉浆料667mL，加热并维持浆料温度为50℃。

向浆料中滴加5％的氯化副产盐酸，调节浆料pH值至6.5，滴加时间为20min，熟化时间为30min。

滴加浓度为100g/L偏铝酸钠溶液30.0mL，同时向浆料中滴加5％的氯化副产盐酸，将pH值控制为6.5，以pH值控制氯化副产盐酸滴加量，滴加时间为180min，熟化时间为60min。

滴加质量分数为20％的NaOH溶液，将钛白粉浆料pH值调节至7.3，以pH值控制20％的NaOH溶液滴加量，滴加时间为40min，熟化时间为60min。

过滤并用纯水洗涤浆料，洗水温度为50℃，洗涤水量为4000mL，烘干，得到单铝包膜的钛白粉。将获得的单铝包膜的钛白粉用气流粉碎，检测产品性能指标，包膜后的钛白粉性能指标见表1。

实施例4

将氯化副产盐酸用纯水稀释至质量浓度为10％。

将钛白粉干粉初品配制成浓度为250g/L的钛白粉浆料，取钛白粉浆料800mL，加热并维持浆料温度为80℃。

向浆料中滴加10％的氯化副产盐酸，调节浆料pH值至6.0，滴加时间为30min，熟化时间为20min。

滴加浓度为100g/L的偏铝酸钠溶液10.0mL，同时向浆料中滴加10％的氯化副产盐酸，将pH值控制为6.0，以pH值控制氯化副产盐酸滴加量，滴加时间为60min，熟化时间为60min。

滴加质量分数为15％的NaOH溶液，将钛白粉浆料pH值调节至7.5，以pH值控制15％的NaOH溶液的滴加量，滴加时间为20min，熟化时间为60min。

过滤并用纯水洗涤浆料，洗水温度为80℃，洗涤水量为4000mL，烘干，得到单铝包膜的钛白粉。将获得的单铝包膜的钛白粉用气流粉碎，检测产品性能指标，包膜后的钛白粉性能指标见表1。

上述实施例1-4中钛白粉浆料浓度均以TiO₂计，偏铝酸钠溶液浓度均以Al₂O₃计。

表1实施例1-4所得钛白粉性能指标

由上表检测的实施例1-4所得钛白粉性能指标的相关数据可知，本发明使用氯化副产盐酸作包膜中和剂获得的钛白粉单铝包膜产品综合性能指标优异。

本发明通过对氯化尾气水洗回收得到的副产盐酸进行钛白粉单铝包膜的制备，与常规采用碱中和氯化尾气经水洗后的喷淋酸再浓缩结晶的处理工艺相比，节约了企业废副处理成本，另外，利用氯化副产盐酸作为包膜中和剂替代外购纯盐酸进行钛白后处理无机包膜，又节约了企业原辅料购置成本，为企业创造了新的价值。副产盐酸无需进行任何预处理，包括加入絮凝剂、吸附剂、树脂或活性炭等去除副产盐酸中杂质，或者经过膜过滤系统过滤除去副产盐酸中杂质，可直接稀释后用作包膜中和剂，这大大简化了氯化副产盐酸的使用，产线应用时不会增加任何预处理工序，也不会增加任何工艺设备如沉降槽、吸附槽、膜过滤装置及相关工艺管道、阀门和仪表自控等，节约了企业固定资产新增投资成本，另外，不使用絮凝剂、吸附剂等进行氯化副产盐酸预处理，又节约了企业原辅料购置成本，为企业利用氯化副产盐酸进行钛白粉包膜创造了便利条件和实用价值。本发明的钛白粉单铝包膜方法，利用铝包膜获得致密氧化铝膜层，降低钛白粉光化学活性，改善其亮度和光泽度，使二氧化钛在塑料和油墨等应用体系中具有更好的分散性，并保证二氧化钛的耐候性。通过控制包膜过程关键工艺参数包括pH值、温度、包膜中和剂氯化副产盐酸流速等，以获得最好的氧化铝包覆效果。20％～30％的氯化副产盐酸中含有一定量的杂质元素，因此，将其稀释至盐酸浓度为5％～15％，使得氯化副产盐酸中的有色金属如钒、铁等稀释到足够低，避免有色金属在包膜过程中沉积在钛白粉上，影响产品的颜料性能比如白度。另外，铝包膜过程pH控制在酸性范围内，以保证获得具有无定型致密结构的氧化铝膜层。

以上实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种氯化副产盐酸用于钛白粉单铝包膜的方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1)：将氯化副产盐酸用纯水稀释备用；

步骤2)：将钛白粉干粉初品配制成钛白粉浆料，加热并维持浆料温度；

步骤3)：向浆料中滴加步骤1)经稀释后的氯化副产盐酸，调节浆料pH值为5.0～6.5并进行熟化；

步骤4)：向步骤3)的钛白粉浆料中滴加偏铝酸钠溶液，同时向浆料中滴加步骤1)经稀释后的氯化副产盐酸，控制pH值为5.0～6.5，滴加结束后进行浆料熟化；

步骤5)：向步骤4)的钛白粉浆料中滴加NaOH溶液，将pH值调节至7.0～8.0并进行熟化；

步骤6)：将步骤5)的钛白粉浆料洗涤、烘干，得到单铝包膜的钛白粉。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中氯化副产盐酸用纯水稀释至质量浓度为5％～15％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中所配制的钛白粉浆料的浓度以TiO₂计为220g/L～320g/L。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中浆料加热温度为50℃～80℃。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中氯化副产盐酸的滴加时间为20min～40min，浆料熟化时间为10min～30min。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中偏铝酸钠与钛白粉的质量比以Al₂O₃：TiO₂计为0.5:100～2.0:100，偏铝酸钠溶液的质量浓度以Al₂O₃计为95～105g/L。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中滴加时间为60min～180min，浆料熟化时间为60min～90min。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5)中NaOH溶液的质量分数为10％～20％，NaOH溶液的滴加时间为20min～60min，熟化时间为60min～90min。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤6)中洗涤使用的纯水与钛白粉的质量比按H₂O：TiO₂计不低于20：1。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤6)中洗涤使用的纯水温度为50℃～80℃。

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