JP2013228391A - 硫酸チタニルの加水分解のオンライン検出装置及び制御機器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は硫酸チタニルの加水分解のオンライン検出装置及び制御機器を提供する。
【解決手段】前記制御機器は加熱装置と、攪拌装置と、検出ユニットと、分析ユニットと、制御ユニットを含み、加熱装置と攪拌装置はそれぞれ加水分解容器内の溶液を加熱及び攪拌し、検出ユニットは加水分解容器内の溶液中に設けられ、かつ分析ユニットに接続され、溶液の反射率をオンライン検出して検出結果を分析ユニットに出力し、分析ユニットは加水分解時間に対する反射率の一次導関数を分析し、更に制御ユニットに接続されて、一次導関数に変曲点が現れる際に制御信号を制御ユニットに転送し、制御ユニットは制御信号に応じて加熱装置と攪拌装置の動作を停止させる。本発明のオンライン検出装置及び制御機器は、加水分解の灰色変換点を簡単、早速、精確、かつ実時間に判定することができ、チタン白の生産における灰色変換点の判定の自動化を実現し、製品品質を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は硫酸法によるチタン白の製造分野に関し、特に、硫酸チタニルの加水分解の灰色変化点をオンラインで検出することができる装置及び硫酸チタニルの加水分解を制御することができる機器に関する。

現在、中国には70社以上のチタン白を製造する企業があり、産量は150万トン/aに達する。その中、98％の製造企業が硫酸法によってチタン白を製造する工程を採用する。硫酸法によってチタン白を製造する工程において、加水分解は製品の品質に影響を及ぼす最も重要な一要素であり、国内で高度に重視されている。灰色変化点は加水分解における決定的な要素で、加水分解の灰色変化点に対する判定の優劣がチタン白の最終的な品質に直接影響するといえる。

調査によると、国内の数多い製造業者は人の肉眼で観察して灰色変化点を判断する。このように、人の肉眼で観察する方法は主観性が強く、異なるバッチの製品間に品質の変動が大きく、製品の全体的な安定性が低い。また、数少ない製造業者は時間によって判定する。時間によって判定する場合、主観的の影響は解消したが、加水分解用の含チタン溶液、温度などは変化する。よって、時間による判定方法も同様に異なるバッチの製品間に品質の変動があり、製品の安定性が低くなる。また、含チタン溶液の灰色変換は含チタン溶液の指標及び操作条件に緊密に関連するため、灰色変換点の判定が困難である。よって、含チタン溶液の加水分解の灰色変換点の判断に用いられる装置が提供されて、人工的判断による製品の品質の変動を解消することが必要になった。

イギリス特許第1335537号には、緑フィルターで反射率を測定することで、含チタン溶液の加水分解の灰色変換点を確定する方法が開示されている。この特許によると、加水分解のタンクに厚いガラスからなる観察窓を開け、光源は観察孔を通じて含チタン溶液を照射して色差計で反射光を検出する。ここで、反射光曲線の転換点が灰色変換点である。しかし、この方法は、観察孔が粘性のある粒子に汚染されやすいため、その使用が限られている。

中国特許CN101793679A(公開番号)号には灰色変換点の判断装置が開示されている。この装置は、分光光度計を用いて加水分解用の含チタン溶液の光線透過率を測定することで、加水分解の臨界点を判定する。しかし、この方法は操作が複雑であり、更に加水分解用の含チタン溶液が加水分解タンクから抽出されて検出ユニットに入るため、加水分解の環境から離れるだけでなく、検出と加水分解の間に一定の遅滞がある。

本発明は従来の技術に存在する上述の問題を鑑みて、上述の一つ又は複数の問題を解決することをその目的としている。

本発明は、硫酸法によるチタン白の製造工程において、硫酸チタニルの加水分解の灰色変換点を早速且つ精確にオンライン検出する装置を提供することを一つの目的とする。

また、本発明は、硫酸法によるチタン白の製造工程において、硫酸チタニルの加水分解の灰色変換点を早速且つ精確にオンライン検出し、更に加水分解の工程を制御する硫酸チタニルの加水分解の制御機器を提供することをもう一つの目的とする。

本発明の一面によると、硫酸チタニルの加水分解のオンライン検出装置を提供する。前記オンライン検出装置は、検出ユニットと分析ユニットを備える。その中、前記検出ユニットは加水分解容器内の溶液中に設けられ、かつ分析ユニットに接続されて、前記溶液の反射率をオンライン検出し、検出結果を分析ユニットに出力する。前記分析ユニットは加水分解時間に対する前記反射率の一次導関数を分析し、前記一次導関数に変曲点が現れるとき、灰色変換点が現れたと判定する。

本発明の硫酸チタニルの加水分解のオンライン検出装置の一実施例において、前記検出ユニットは検出ヘッドと発光素子とを備える。その中、前記検出ヘッドは密閉されたハウジングと、遮光内壁と、透明ウィンドウと、光ファイバーと、検出ファイバーと、同期干渉フィルターと、チョッパーシートとを備える。その中、透明ウィンドウはハウジングの端部に設けられ、光ファイバーと検出ファイバーは透明ウィンドウが位置する平面に垂直な方向に沿って相互平行にハウジング内に設けられ、同期干渉フィルターは透明ウィンドウが位置する平面に平行な方向に沿って光ファイバーと検出ファイバーの前端に固定され、チョッパーシートは同期干渉フィルターと透明ウィンドウとの間に設けられ、かつ光ファイバーの前方にのみ位置することで、入射光源のみ透過するようにする。

本発明の硫酸チタニルの加水分解のオンライン検出装置の一実施例において、前記ハウジングの材料として、テフロン、ガラス、石英、コランダム、ハステロィ、窒化鋼、又はナノ防食コーティングスチールが用いられる。

本発明の硫酸チタニルの加水分解のオンライン検出装置の一実施例において、透明ウィンドウは光線透過ガラス又は石英で製造される。

本発明の他の一面によると、硫酸チタニルの加水分解の制御機器を提供する。前記制御機器は加熱装置と、攪拌装置と、検出ユニットと、分析ユニットと、制御ユニットを含む。その中、前記加熱装置は加水分解容器内の溶液を加熱し、前記攪拌装置は加水分解容器内の溶液を攪拌し、前記検出ユニットは加水分解容器内の溶液中に設けられ、かつ分析ユニットに接続されて、前記溶液の反射率をオンライン検出し、検出結果を分析ユニットに出力し、前記分析ユニットは前記加水分解時間に対する前記反射率の一次導関数を分析し、更に制御ユニットに接続されて、前記一次導関数に変曲点が現れる際に制御信号を制御ユニットに転送し、前記制御ユニットは前記制御信号に応じて加熱装置と攪拌装置の動作を停止させる。

本発明の硫酸チタニルの加水分解の制御機器の一実施例において、前記検出ユニットは検出ヘッドと発光素子とを備える。その中、前記検出ヘッドは密閉されたハウジングと、遮光内壁と、透明ウィンドウと、光ファイバーと、検出ファイバーと、同期干渉フィルターと、チョッパーシートとを備える。その中、透明ウィンドウはハウジングの端部に設けられ、光ファイバーと検出ファイバーは透明ウィンドウが位置する平面に垂直な方向に沿って相互平行にハウジング内に設けられ、同期干渉フィルターは透明ウィンドウが位置する平面に平行な方向に沿って光ファイバーと検出ファイバーの前端に固定され、チョッパーシートは同期干渉フィルターと透明ウィンドウとの間に設けられ、かつ光ファイバーの前方にのみ位置することで、入射光源のみ透過するようにする。

本発明の硫酸チタニルの加水分解の制御機器の一実施例において、前記ハウジングの材料として、テフロン、ガラス、石英、コランダム、ハステロィ、窒化鋼、又はナノ防食コーティングスチールが用いられる。

本発明の硫酸チタニルの加水分解の制御機器の一実施例において、透明ウィンドウは光線透過ガラス又は石英で製造される。

従来技術に比べ、本発明は硫酸チタニルの加水分解の灰色変換点を早速且つ精確にオンライン検出することができるため、製品の品質を高め、異なるバッチの製品間の品質変動を減少又は除去することができる効果を奏する。また、本発明は自動的なオンライン検出と加水分解の制御を実現できるため、労働強度を改善し、加水分解の効率を向上させることができる。

本発明の一実施例による硫酸チタニルの加水分解の制御機器を示す図である。 本発明の一実施例による硫酸チタニルの加水分解のオンライン検出装置の検出ユニットを示す図である。 本発明の一実施例による硫酸チタニルの加水分解のオンライン検出装置によって測定されたチタン白の加水分解における反射光の経時変化を示す曲線図である。 図３に対応する反射光の時間に対する一次導関数の曲線を示す。

以下、図面を参照しながら本発明の硫酸チタニルの加水分解のオンライン検出装置及び制御機器を詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例による硫酸チタニルの加水分解の制御機器を示す図である。

図１を参照するに、硫酸チタニルの加水分解の制御機器は加熱装置5と、攪拌装置6と、検出ヘッド1と、発光素子(図示されていない)と、分析ユニット2と、制御ユニット4を含む。その中、加熱装置5は加水分解タンク3内の溶液を加熱し、攪拌装置6は加水分解タンク3内の溶液を攪拌し、発光素子は加水分解タンク3内の溶液に異なる波長の光を発射し、検出ヘッド1は加水分解タンクの溶液中に設けられ、かつ分析ユニット2に接続されて、前述の溶液の反射率をオンライン検出し、検出結果を分析ユニット2に出力し、分析ユニット2は加水分解時間に対する前述の反射率の一次導関数を分析し、更に制御ユニットに接続されて、前述の一次導関数に変曲点が現れる際に制御信号を制御ユニットに転送し、制御ユニットは前述の制御信号に応じて加熱装置と攪拌装置の動作を停止させる。

また、発光素子は制御ユニットに集積されてもよい。

また、分析ユニットは制御ユニットに集積されてもよい。

上述の実施例は発光ユニットと検出ヘッドから構成され、加水分解タンク内の溶液の反射率を検出して、その検出結果を分析ユニットに出力するモジュールを例として挙げたが、当業者は、加水分解タンク内の溶液の反射率をオンライン検出できるその他のモジュールも本発明の検出ユニットとして利用できることを理解すべきである。

図２は本発明の一実施例による硫酸チタニルの加水分解のオンライン検出装置の検出ユニットを示す図である。

図２を参照するに、本発明の硫酸チタニルの加水分解の制御機器の他の実施例において、検出ユニットは検出ヘッドと発光素子とを備える。その中、発光素子は光源であり、発光素子は制御ユニットに設けられ、かつ検出ヘッド中の光ファイバーに接続されて、加水分解タンク内の溶液に光を発射する。検出ヘッド1は密閉されたハウジング11と、遮光内壁10と、透明ウィンドウ13と、光ファイバー7と、検出ファイバー8と、同期干渉フィルター9と、チョッパーシート12を備える。その中、透明ウィンドウ13はハウジング11の端部に設けられ、光ファイバー7と検出ファイバー8は透明ウィンドウが位置する平面に垂直な方向に沿って相互平行にハウジング11内に設けられ、同期干渉フィルター9は透明ウィンドウが位置する平面に平行な方向に沿って光ファイバーと検出ファイバーの前端に固定され、チョッパーシート12は同期干渉フィルター9と透明ウィンドウ13との間に設けられ、かつ光ファイバー7の前方にのみ位置することで、入射光源のみ透過するようにする。光ファイバーは光源を検出ヘッドに導入し、同期干渉フィルター9はハウジング端部の透明ウィンドウからの一次反射光及び二次反射光をフィルタリングして、透過光が反射光の影響を受けないようにし、チョッパーシートは光信号を変調する。検出ファイバーは光線に対する溶液の反射光を検出する。本実施例の検出ヘッドによって、効率よく簡単に溶液の変化を検出し制御することができ、信号を分析ユニットに転送し、分析ユニットによって分析を完了してから制御ユニットに転送し、制御ユニットはデータが入力されてからコマンドを発送することで、システムに対する制御を行う。

その中、ハウジングの材料として、テフロン、ガラス、石英、コランダム、ハステロイ、窒化鋼、又はナノ防食コーティングスチールが用いられる。透明ウィンドウはガラス又は石英で製造される。

図３は本発明の一実施例による硫酸チタニルの加水分解のオンライン検出装置によって測定されたチタン白の加水分解における反射光の経時変化を示す曲線図である。図４は図３に対応する反射光の時間に対する一次導関数の曲線を示す。図３及び図４を参照するに、時間に対する反射光の一次導関数の曲線に変曲点が現れる際に、加水分解タンク内の溶液に灰色変換点が現れる。例えば、本実施例において、加水分解タンク内の第一次沸騰の前の加熱用溶液の反射率を参考値とした場合、通常、検出ファイバーによって検出された反射率が基準値の20％〜30％に達した時、加水分解を行う含チタン溶液に灰色変換点が現れる。

図１及び図２は更に本発明の硫酸チタニルの加水分解のオンライン検出装置の一実施例を示している。図１及び図２を参照するに、本発明の一実施例において、硫酸チタニルの加水分解のオンライン検出装置は、検出ヘッドと発光ユニット(図示していない)から構成された検出ユニットと分析ユニットを備える。その中、検出ヘッド1は加水分解タンクの溶液中に設けられ、かつ分析ユニットに接続されて、前述の溶液の反射率をオンライン検出し、検出結果を分析ユニットに出力する。分析ユニットは加水分解時間に対する前述の反射率の一次導関数を分析し、前述の一次導関数に変曲点が現れる際に灰色変換点が現れたと判定する。検出ユニットの具体的な構造は上述のようである。本実施例の硫酸チタニルの加水分解のオンライン検出装置において、加水分解タンク内の第一次沸騰の前の加熱用溶液の反射率を参考値とした場合、通常、検出ファイバーによって検出された反射率が基準値の20％〜30％に達した時、溶液に灰色変換点が現れる。

以下、本発明の硫酸チタニルの加水分解のオンライン検出装置及び制御機器を用いてルチル型酸化チタンを製造する例を挙げる。これらの例示によって、本発明の硫酸チタニルの加水分解のオンライン検出装置及び制御機器の構造と機能がより明らかになる。

（例１）
含チタン溶液の体積の25％を占める脱イオン水を底層水として加水分解タンクに入れ、95±1℃に予熱する。そして、ポンプで予熱槽内の95±1℃の含チタン溶液を16〜20分間内に加水分解タンクに引き入れる。溶液の供給において、システムの温度を95±1℃に維持し、溶液の供給が完了してから本発明のオンライン検出装置を用いて加水分解タンク内の溶液の反射光を実時間検出し始める。また、加水分解タンク内の第一次沸騰の前の加熱用溶液（即ち、前述の供給完了の際の溶液）の反射率を参考値（基準値）とする。1.0℃／分の加熱率を保持しながら第一次沸騰まで加熱し、システムが微沸騰状態を維持するようにする。分析ユニットに検出した反射光の導関数に突然変曲点が現れたこと、即ち灰色変換点に達したことが表示される場合、分析ユニットは制御ユニットに制御信号を出力し、制御ユニットは加熱装置と攪拌装置にそれぞれコマンドを発送して、加水分解タンクに対する加熱と攪拌を停止させる。システムを30分間成熟させ、成熟が終わった後、制御ユニットから信号を出力して15〜20分間攪拌と加熱を行うことで、システムを第二次沸騰まで加熱し、更に微沸騰状態を維持する。90分後、80〜90℃の希釈水を供給してシステムを165g／Lまで希釈する。希釈水の供給は120分間かかり（即ち、希釈水を供給し始めてから供給が完了するまで合計2時間かかる）、希釈水の供給が完了した場合、加水分解が終了する。

（例２）
2％のチタン白を含有する硫酸チタニルで製造したアナターゼ型種結晶を85〜90℃まで予熱した含チタン溶液に添加し、含チタン溶液の濃度を200g／Lの程度に保持する。そして、検出された溶液の反射光を零基準とする。0.5℃／分の加熱率を保持しながら第一次沸騰まで加熱し、システムが微沸騰状態を維持するようにする。分析ユニットに検出した反射光の導関数に突然変曲点が現れたこと、即ち灰色変換点に達したことが表示される場合、分析ユニットは制御ユニットに制御信号を出力し、制御ユニットは加熱装置と攪拌装置にそれぞれコマンドを発送して、加水分解タンクに対する加熱と攪拌を停止させる。システムを30分間成熟させ、成熟が終わった後、制御ユニットから信号を出力して25〜30分間攪拌と加熱を行うことで、システムを第二次沸騰まで加熱し、更に微沸騰状態を維持する。第二次沸騰から90分後、80〜90℃の希釈水を供給してシステムを165g／Lまで希釈する。希釈水の供給は120分間かかり、希釈水の供給が完了した場合、加水分解が終了する。

以上は図面と実施例を組合せて本発明の硫酸チタニルの加水分解のオンライン検出装置及び制御機器を説明したが、当業者にとって、本発明の特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、上述の実施例に対し種々の変形・変更可能なことはいうまでもない。

1 検出ヘッド
2 分析ユニット
3 加水分解タンク
4 制御ユニット
5 加熱装置
6 攪拌装置
7 光ファイバー
8 検出ファイバー
9 同期干渉フィルター
10 遮光内壁
11 ハウジング
12 チョッパーシート
13 透明ウィンドウ

Claims (8)

1. 硫酸チタニルの加水分解のオンライン検出装置であって、
   前記オンライン検出装置は、検出ユニットと分析ユニットを備え、
   前記検出ユニットは加水分解容器内の溶液中に設けられ、かつ分析ユニットに接続されて、前記溶液の反射率をオンライン検出し、検出結果を分析ユニットに出力し、
   前記分析ユニットは加水分解時間に対する前記反射率の一次導関数を分析し、前記一次導関数に変曲点が現れるとき、灰色変換点が現れたと判定することを特徴とする硫酸チタニルの加水分解のオンライン検出装置。
2. 前記検出ユニットは検出ヘッドと発光素子とを備え、
   前記検出ヘッドは密閉されたハウジングと、遮光内壁と、透明ウィンドウと、光ファイバーと、検出ファイバーと、同期干渉フィルターと、チョッパーシートとを備え、
   透明ウィンドウはハウジングの端部に設けられ、
   光ファイバーと検出ファイバーは透明ウィンドウが位置する平面に垂直な方向に沿って相互平行にハウジング内に設けられ、
   同期干渉フィルターは透明ウィンドウが位置する平面に平行な方向に沿って光ファイバーと検出ファイバーの前端に固定され、
   チョッパーシートは同期干渉フィルターと透明ウィンドウとの間に設けられ、かつ光ファイバーの前方にのみ位置することで、入射光源のみ透過するようにすることを特徴とする請求項１に記載の硫酸チタニルの加水分解のオンライン検出装置。
3. 前記ハウジングの材料として、テフロン、ガラス、石英、コランダム、ハステロイ、窒化鋼、又はナノ防食コーティングスチールが用いられることを特徴とする請求項２に記載の硫酸チタニルの加水分解のオンライン検出装置。
4. 透明ウィンドウは光線透過ガラス又は石英で製造されることを特徴とする請求項２に記載の硫酸チタニルの加水分解のオンライン検出装置。
5. 硫酸チタニルの加水分解の制御機器であって、
   前記制御機器は加熱装置と、攪拌装置と、検出ユニットと、分析ユニットと、制御ユニットを含み、
   前記加熱装置は加水分解容器内の溶液を加熱し、
   前記攪拌装置は加水分解容器内の溶液を攪拌し、
   前記検出ユニットは加水分解容器内の溶液中に設けられ、かつ分析ユニットに接続されて、前記溶液の反射率をオンライン検出し、検出結果を分析ユニットに出力し、
   前記分析ユニットは前記加水分解時間に対する前記反射率の一次導関数を分析し、更に制御ユニットに接続されて、前記一次導関数に変曲点が現れる際に制御信号を制御ユニットに転送し、
   前記制御ユニットは前記制御信号に応じて加熱装置と攪拌装置の動作を停止させることを特徴とする硫酸チタニルの加水分解の制御機器。
6. 前記検出ユニットは検出ヘッドと発光素子とを備え、
   前記検出ヘッドは密閉されたハウジングと、遮光内壁と、透明ウィンドウと、光ファイバーと、検出ファイバーと、同期干渉フィルターと、チョッパーシートとを備え、
   透明ウィンドウはハウジングの端部に設けられ、
   光ファイバーと検出ファイバーは透明ウィンドウが位置する平面に垂直な方向に沿って相互平行にハウジング内に設けられ、
   同期干渉フィルターは透明ウィンドウが位置する平面に平行な方向に沿って光ファイバーと検出ファイバーの前端に固定され、
   チョッパーシートは同期干渉フィルターと透明ウィンドウとの間に設けられ、かつ光ファイバーの前方にのみ位置することで、入射光源のみ透過するようにすることを特徴とする請求項５に記載の硫酸チタニルの加水分解の制御機器。
7. 前記ハウジングの材料として、テフロン、ガラス、石英、コランダム、ハステロィ、窒化鋼、又はナノ防食コーティングスチールが用いられることを特徴とする請求項６に記載の硫酸チタニルの加水分解の制御機器。
8. 透明ウィンドウは光線透過ガラス又は石英で製造されることを特徴とする請求項６に記載の硫酸チタニルの加水分解の制御機器。

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