CN1415548A - 用双效晶种法生产金红石型钛白粉的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种用双效晶种法生产金红石型钛白粉的方法，通过培制双效晶种，在钛液水解步骤时加入培制的双效晶种，该晶种首先做为偏钛酸水解粒子的晶核出现，其后又在煅烧过程中，作为金红石型相变的晶核，以达到在较低的温度下快速相变的目的。晶种中含有SnO2成份，再与Zn2+、k+相配合，SnO2占TiO2含量的4－7％，使TiO2由锐钛相低温快速地变成金红石相，解决了硫酸法生产金红石型钛白粉相变难的问题。本发明降低了煅烧温度，降低了成本，提高了产量，可使原有的厂家既能生产锐态型钛白粉又能生产金红石型钛白粉，有利于老企业的技术改造和提升我国钛白工业的技术水平，增强国际竞争力。

Description

用双效晶种法生产金红石型钛白粉的方法
所属技术领域
本发明涉及硫酸法生产金红石型钛白粉的工艺，特别是一种用双效晶种法生产金红石型钛白粉的方法，通过培制双效晶种，在硫酸法生产锐钛型钛白粉工艺中，在钛液水解步骤时加入培制的双效晶种，该晶种首先做为偏钛酸水解粒子的晶核出现，其后又在煅烧过程中，作为金红石型相变的晶核，以达到在较低的温度下快速相变的目的。
背景技术
我国钛铁矿资源极为丰富，钛白粉生产所用工艺基本上采取硫酸法，绝大多数厂家仅能生产附加值低、市场处于近饱和状态的锐态型产品。而金红石型二氧化钛折射率为2.73，在白色染料中为最高的，其遮盖率高、着色力好、光化学性能稳定，是应用最广泛的白色颜料，用于涂料、塑料、造纸、化学纤维、油墨、搪瓷各领域，市场需求量很大，基本上依靠购买美国、日本的产品来满足国内市场的需要，每年须花费大量外汇。
国内个别厂家虽然也能生产金红石型钛白粉，但煅烧温度高(1000℃)，时间长(9小时)，成本高、产量低，成为制约该产品生产的瓶颈之一。
发明内容
本发明旨在提供一种用双效晶种法生产金红石型钛白粉的方法，本发明可以克服已有技术的缺点，降低煅烧温度，使金红石的相变低温快速，降低了成本，提高产量，有利于老企业的技术改造和提升我国钛白工业的技术水平，增强国际竞争力。
本发明用双效晶种法生产金红石型钛白粉的方法，主要包括下述步骤：钛铁矿硫酸酸解、冷却、结晶、分离、过滤、水解、过滤、盐处理、焙烧、粉碎、分级、表面处理、干燥和粉碎，其特征是：
(1)钛铁矿用硫酸酸解获得钛液，过滤提纯、水解时在70-80℃加入含SnO2的双效晶种悬浮液，SnO2占TiO2含量的4-7％，搅拌，110℃下煮沸3小时；
(2)过滤，洗涤，控制Fe2+、Fe3+＜0.003％，烘干获得偏钛酸粉；
(3)偏钛酸粉与氯化锌和硝酸钾制成悬浮液，氯化锌占偏钛酸干粉量的0.4-0.7％，硝酸钾占偏钛酸干粉量的0.1-0.5％，抽滤、烘干后获得干粉；
(4)由(3)获得的干粉中含SnO2的量在4-7％，于500℃下保温40分钟，870℃下焙烧，保温3-6小时即可。
所述的含SnO2的晶种悬浮液制备方法是：
用钛盐溶液含TiO2的量在0.01-0.20g/ml之间100份，70-90℃下，与4％--7％的NH4OH溶液混合反应，搅拌，调PH值在0.5-1.5之间，保温20-40分钟；加入50-200份浓度在0.01-0.20g/ml的SnCl22H2O溶液，用NH4OH溶液调PH值到2.5，加入H2O2以保证Sn2+变为Sn4+，保温20-40分钟，放置4小时，吸走上部清液，获得晶种的悬浮液，晶种粒子的大小在2.5-3nm之间，基本上为单粒级分布，见图1。
所述的钛盐可以是TiCl4、Ti(SO4)2或Ti(NO3)4。
所述的钛液1000ml中含TiO2的量在0.10-0.25g/ml之间，Fe2+：25-35g/L，Fe/TiO2＝0.156，有效酸：400-500g/L，钛液酸度系数(F值)为2。
所述的盐是ZnCl2、MgCl2或CaCl2和KNO3。
本发明可以克服已有技术的缺点，由于SnO2为单一的金红石型结构，煅烧时SnO2作为金红石型TiO2的晶核出现，成核容易；再加上盐(例如Zn2+离子)的引入，造成O2-的空位，使离子的迁移速度大大加快。在870℃保温3-6小时即可转化为金红石型二氧化钛，如图2所示。本发明降低了煅烧温度，金红石的相变低温快速，降低了成本，提高产量。在原有生产锐态型钛白粉工艺中，充分利用原有的设备，再增加有限的粉碎、分级、包膜设备后，就可使原有的厂家，既能生产锐态型钛白粉又能生产金红石型钛白粉。有利于老企业的技术改造和提升我国钛白工业的技术水平，增强国际竞争力。
附图说明
图1  晶种的透射电镜图。
图2  SnO2含量为7％时，二氧化钛X-衍射图。
图3  SnO2含量为3％时，二氧化钛X-衍射图。
具体实施方式
实施例1：
取TiOCl2溶液(浓度：含TiO20.160g/ml)60份，搅动下，与120份NH4OH(浓度5N)溶液加入反应器中，调PH值小于1.5，保温20分钟；加入200份的SnCl22H2O溶液(浓度为0.153g/ml)，调PH值到2.5，加入H2O2以保证Sn2+变为Sn4+，保温半小时，再静放4小时，吸去上部清液，获得晶种的悬浮液。
取1500ml生产锐态型钛白粉所用的钛液，于70℃加入上述制备的晶种悬浮液，110℃下煮沸3小时，水洗，控制Fe2+、Fe3+的含量小于0.003％，抽滤、烘干，获得偏钛酸粉。
盐处理引入杂质离子：以偏钛酸干粉∶KNO3∶ZnCl2∶H2O＝100∶0.34∶0.6∶100的比例混合均匀。抽滤，烘干。
煅烧：在500℃下保温40分钟，870℃下保温3小时，全部转化为金红石型二氧化钛，结果如图2所示，图2是SnO2含量为7％时，二氧化钛X-衍射图。
实施例2：
取TiOCl2溶液(浓度：含TiO20.160g/ml)60份，搅动下，与120份NH4OH(浓度5N)溶液加入反应器中，调PH值小于1.5，保温20分钟；取SnCl22H2O溶液(浓度为0.153g/ml)150份加入，调PH值到2.5，加入H2O2以保证Sn2+变为Sn4+。加完后保温半小时，再静放4小时，吸去上部清液，获得晶种的悬浮液。
取1500ml生产锐态型钛白粉所用的钛液，于80℃加入上述制备的晶种悬浮液，在110℃下煮沸3小时，水洗，控制Fe2+、Fe3+的含量小于0.003％，抽滤、烘干，获得偏钛酸粉。
盐处理引入杂质离子：以偏钛酸干粉∶KNO3∶ZnCl2∶H2O＝100∶0.34∶0.6∶100的比例混合均匀。抽滤，洗涤，烘干。
煅烧：在500℃下保温40分钟，在870℃下保温5小时，金红石型二氧化钛的转化率为95％，结果如图3所示，图3 SnO2含量为3％时，二氧化钛X-衍射图。
实施例3：
取TiOCl2溶液(浓度：含TiO20.160g/ml)60份，搅动下，与120份NH4OH(浓度5N)溶液加入反应器中，调PH值小于1.5，保温20分钟；取SnCl22H2O溶液(浓度为0.153g/ml)150份加入，用NH4OH调PH值至2.5，加入H2O2以保证Sn2+变为Sn4+。加完后保温半小时，再静放4小时，吸去上部清液，获得晶种的悬浮液。
取1500ml生产锐态型钛白粉所用的钛液，于80℃加入上述制备的晶种悬浮液，在110℃下煮沸3小时，水洗，控制Fe2+、Fe3+的含量小于0.003％，抽滤、烘干，获得偏钛酸粉。
煅烧：在500℃下保温40分钟，在870℃下保温6小时，金红石型二氧化钛的转化率为80％。

Claims (6)

1、一种用双效晶种法生产金红石型钛白粉的方法，主要包括下述步骤：钛铁矿硫酸酸解、冷却、结晶、分离、过滤、水解、过滤、盐处理、焙烧、粉碎、分级、表面处理、干燥和粉碎，其特征在于：
(1)钛铁矿用硫酸酸解获得钛液，过滤提纯、水解时在70-80℃加入含SnO2的晶种悬浮液，搅拌，110℃下煮沸3小时；
(2)过滤，洗涤，控制Fe2+、Fe3+＜0.003％，烘干获得偏钛酸粉；
(3)偏钛酸粉与氯化锌和硝酸钾制成悬浮液，氯化锌占偏钛酸干粉量的0.4-0.7％，硝酸钾占偏钛酸干粉量的0.1-0.5％，抽滤、烘干后获得干粉；
(4)500℃下保温40分钟，870℃下焙烧，保温3-6小时即可。
2、按照权利要求1所述的双效晶种法生产金红石型钛白粉的方法，其特征在于所述的晶种SnO2占TiO2含量的4-7％。
3、按照权利要求1所述的双效晶种法生产金红石型钛白粉的方法，其特征在于所述的含SnO2的晶种悬浮液制备方法是：
用钛盐溶液含TiO2的量在0.01-0.20g/ml之间100份，70-90℃下，与4％-7％的NH4OH溶液反应，搅拌，调PH值在0.5-1.5之间，保温20-40分钟；加入50-200份浓度在0.01-0.20g/ml的SnCl22H2O溶液，用NH4OH溶液调PH值到2.5，加入H2O2以保证Sn2+变为Sn4+，保温20-40分钟，放置4小时，吸走上部清液，获得晶种的悬浮液，晶种粒子的大小在2.5-3nm之间。
4、按照权利要求3所述的含SnO2的晶种悬浮液制备方法，其特征在于所述的钛盐可以是TiCl4、Ti(SO4)2或Ti(NO3)4。
5、按照权利要求1所述的用双效晶种法生产金红石型钛白粉的方法，其特征在于所述的钛液1000ml中含TiO2的量在0.10-0.25g/ml之间，Fe2+：25-35g/L，Fe/TiO2＝0.156，有效酸：400-500g/L，钛液酸度系数(F值)为2。
6、按照权利要求1所述的双效晶种法生产金红石钛白粉的方法，其特征在于所述的盐是ZnCl2、MgCl2或CaCl2和KNO3。
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