專利名稱：高活性金紅石晶種的制備方法使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金紅石型鈦白粉的生產(chǎn)工藝，尤其涉及一種用于金紅石型鈦白粉生產(chǎn)的高活性金紅石晶種的制備方法及使用方法。
背景技術(shù)：
鈦白粉的主要成分是TiO2，是一種使用最為廣泛的白色顏料，工業(yè)生產(chǎn)中包括兩種晶型的產(chǎn)品即銳鈦型和金紅石型。鈦白粉的生產(chǎn)工藝主要有硫酸法和氯化法兩種，其中硫酸法是中國(guó)目前應(yīng)用最為廣泛的生產(chǎn)技術(shù)。硫酸法鈦白粉生產(chǎn)工藝主要依次包含鈦礦酸解、鈦液沉降、鈦液過濾、鈦液結(jié)晶、亞鐵分離、鈦液濃縮、鈦液水解、偏鈦酸水洗、偏鈦酸漂白、偏鈦酸二次水洗(漂洗)、偏鈦酸鹽處理、轉(zhuǎn)窯煅燒、粉碎等工序制得銳鈦型鈦白粉或金紅石型鈦白粉一粉料(金紅石粗品)。生產(chǎn)金紅石型鈦白粉與銳鈦型鈦白粉最大的不同之處在于轉(zhuǎn)窯煅燒工序前需加入金紅石晶種(也稱為煅燒晶種或二次晶種)。金紅石晶種在金紅石型鈦白粉的生產(chǎn)中可以降低銳鈦型向金紅石型轉(zhuǎn)化所需的煅燒溫度，改善鈦白粉粒子的形貌、提高鈦白粉粒子的顏料性能，因此，金紅石晶種的制備技術(shù)是金紅石鈦白粉生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。
目前廣泛采用的金紅石型鈦白粉生產(chǎn)工藝是采用在偏鈦酸漂白工序加入3.5～5％的金紅石晶種，然后進(jìn)行偏鈦酸二次水洗、鹽處理、轉(zhuǎn)窯煅燒、粉碎后制得金紅石型鈦白粉一粉料。該工藝中的金紅石晶種一般采用如中國(guó)發(fā)明專利公開CN1594103A所述的工藝和類似的工藝制得，一般采用堿鈦比(氫氧化鈉∶偏鈦酸，質(zhì)量比)大于1.7∶1的方式常溫混合后升溫沸騰進(jìn)行堿煮，然后稀釋水解、洗滌除雜、加酸中和、酸溶、冷卻等步驟制得晶種，其缺點(diǎn)是該晶種只能加入到漂白工序使用，并且該晶種活性低，轉(zhuǎn)窯煅燒產(chǎn)能較低。另外，金紅石晶種加入到漂洗工序后，漂洗的速度相對(duì)于銳鈦型鈦白粉生產(chǎn)過程中的漂洗會(huì)大幅度降低效率即漂洗時(shí)間大幅度延長(zhǎng)、產(chǎn)能下降、水耗、電耗明顯增加，并且需要對(duì)漂洗工序單獨(dú)建設(shè)偏鈦酸的回收系統(tǒng)以便與銳鈦型生產(chǎn)線完全分開，從而增加投資。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠提高金紅石晶種活性、能夠提高鈦白粉生產(chǎn)轉(zhuǎn)窯的產(chǎn)能及鈦白粉產(chǎn)品品質(zhì)，并且能夠?qū)⒔鸺t石晶種加入金紅石型鈦白粉生產(chǎn)過程中偏鈦酸漂白工序或鹽處理工序，特別是能夠直接加入鹽處理工序，從而可提高偏鈦酸漂洗的效率的金紅石型鈦白粉生產(chǎn)用高活性金紅石晶種的制備方法及使用方法。
本發(fā)明的高活性金紅石晶種的制備方法依次包括以下步驟(1)堿溶將濃度為240～320g/l(含鈦物料以TiO2計(jì)，下同)的偏鈦酸預(yù)熱至50～70℃，500～750g/l的氫氧化鈉溶液預(yù)熱至80～100℃，在5～20min內(nèi)將兩者混合，然后采用蒸汽或其他熱源加熱至沸騰并保持沸騰狀態(tài)90～150min。在該過程中堿鈦比采用1.2∶1～2.5∶1，優(yōu)選的比例為1.2∶1～1.7∶1。
(2)冷卻向步驟(1)處理后的堿溶物中加入稀釋水，同時(shí)開啟冷卻裝置將該堿溶物冷卻至80℃以下。該過程中稀釋水加量(質(zhì)量)為(1)中偏鈦酸(以TiO2計(jì))總質(zhì)量的0.5～3倍。
(3)堿溶物水洗(一次水洗)將步驟(2)處理后的堿溶物過濾、水洗至洗滌液中氫氧化鈉含量＜10g/l。常用的過濾洗滌方式如莫爾濾機(jī)、真空轉(zhuǎn)鼓、板框壓濾機(jī)、真空抽濾等均可應(yīng)用于本過程。
(4)調(diào)酸將步驟(3)處理后的堿溶物濾餅制成100～250g/l的漿料，保持漿料溫度在5～60℃，加入鹽酸調(diào)節(jié)該漿料的pH在1.5～3.5之間，優(yōu)選的pH為2.0～3.1。
(5)水解將步驟(4)處理后的漿料在5～60℃的溫度下攪拌水解2～48h，讓堿溶物中的正鈦酸鈉充分水解成正鈦酸，優(yōu)選的水解時(shí)間為2～24h。
(6)正鈦酸水洗(二次水洗)，將步驟(5)處理后的漿料過濾水洗，(3)中的過濾水洗方式同樣可應(yīng)用于本過程，控制洗滌液的電導(dǎo)率≤400μS/cm或者pNa≥2.5洗滌結(jié)束。
(7)酸溶將步驟(6)處理后的濾餅制成120～250g/l的漿料，升溫至50～70℃，加入鹽酸，酸鈦比(HCl∶TiO2，質(zhì)量比)為0.19∶1～0.35∶1，加入時(shí)間為5～20min。加完鹽酸后采用蒸汽或其他熱源加熱至沸騰并保持沸騰狀態(tài)80～120min。
(8)稀釋冷卻將步驟(7)處理后的漿料加水稀釋至90～110g/l，冷卻后即制得成品高活性金紅石晶種。
本發(fā)明的高活性金紅石晶種的使用方法可以是將通過上述制備方法獲得的高活性金紅石晶種直接在金紅石型鈦白粉生產(chǎn)的鹽處理工藝步驟中加入。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)采用偏鈦酸和堿分別預(yù)熱后混合反應(yīng)進(jìn)行堿溶，降低了堿的消耗，并且堿溶的效果得到提高。(2)調(diào)酸后進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的水解，有利于正鈦酸鈉充分水解成正鈦酸。(3)進(jìn)行正鈦酸水洗，有效去除了晶種的雜質(zhì)離子，有利于晶種溶膠的形成，提高晶種的活性。(4)雜質(zhì)含量很低的高活性金紅石晶種可加入金紅石型鈦白粉生產(chǎn)過程中偏鈦酸漂白工序或鹽處理工序，特別是可直接應(yīng)用于金紅石鈦白粉生產(chǎn)過程的鹽處理工序，可以大幅度提高偏鈦酸漂洗的效率。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1取500ml濃度為280g/l的偏鈦酸，加熱到65℃?zhèn)溆?，?20ml濃度為700g/l的氫氧化鈉溶液，加熱到90℃后，將預(yù)熱好的偏鈦酸用12min均勻加入到不停攪拌中的氫氧化鈉溶液中進(jìn)行堿溶，堿鈦比為1.6∶1，加完后升溫沸騰并保持沸騰120min。堿溶結(jié)束后停止加熱，加入140g水并用冷卻裝置將堿溶物冷卻至70℃。一次過濾、水洗，洗至洗滌液中NaOH含量為5g/l。濾餅加水制成濃度為180g/l的漿料后加鹽酸調(diào)酸，調(diào)整pH至2.4，20℃攪拌放置8h后二次過濾、水洗，洗至洗滌液的電導(dǎo)率為300μS/cm(此時(shí)pNa＝2.7)時(shí)結(jié)束二次水洗。將濾餅再次制成160g/l的漿料并加熱到60℃，在15min內(nèi)均勻加入100ml濃度為30％的工業(yè)鹽酸進(jìn)行酸溶，即按酸鈦比0.25進(jìn)行酸溶，鹽酸加完后升溫至沸騰并保持沸騰90min。酸溶結(jié)束后停止加熱，加入425ml水將濃度稀釋為100g/l即得高活性金紅石晶種。所得金紅石晶種的檢測(cè)指標(biāo)如表一所示，應(yīng)用性能如表二所示。
實(shí)施例2按實(shí)施例1制得金紅石晶種，不同之處在于堿溶時(shí)的堿鈦比為1.2∶1，即濃度為700g/l的氫氧化鈉溶液的加量為240ml。制得的金紅石晶種的檢測(cè)指標(biāo)如表一所示，應(yīng)用性能如表二所示。
實(shí)施例3按實(shí)施例1制得金紅石晶種，不同之處在于堿溶時(shí)偏鈦酸的濃度為250g/l，體積為560ml。制得的金紅石晶種的檢測(cè)指標(biāo)如表一所示，應(yīng)用性能如表二所示。
實(shí)施例4按實(shí)施例1制得金紅石晶種，不同之處在于用鹽酸調(diào)酸至pH＝2.4后放置2h。制得的金紅石晶種的檢測(cè)指標(biāo)如表一所示，應(yīng)用性能如表二所示。
實(shí)施例5按實(shí)施例1制得金紅石晶種，不同之處在于用鹽酸調(diào)酸至pH＝2.4后放置24h。制得的金紅石晶種的檢測(cè)指標(biāo)如表一所示，應(yīng)用性能如表二所示。
實(shí)施例6按實(shí)施例1制得金紅石晶種，不同之處在于用鹽酸調(diào)酸，將pH調(diào)至3.5后放置8h。制得的金紅石晶種的檢測(cè)指標(biāo)如表一所示，應(yīng)用性能如表二所示。
實(shí)施例7按實(shí)施例1制得金紅石晶種，不同之處在于二次過濾水洗洗至洗滌液的電導(dǎo)率為100μS/cm(pNa＝3.1)。制得的金紅石晶種的檢測(cè)指標(biāo)如表一所示，應(yīng)用性能如表二所示。
實(shí)施例8按實(shí)施例1制得金紅石晶種，不同之處在于酸溶時(shí)30％的鹽酸的加量為77ml，即酸鈦比為0.19。制得的金紅石晶種的檢測(cè)指標(biāo)如表一所示，應(yīng)用性能如表二所示。
實(shí)施例9按實(shí)施例1制得金紅石晶種，不同之處在于酸溶時(shí)30％的鹽酸的加量為142ml，即酸鈦比為0.35。制得的金紅石晶種的檢測(cè)指標(biāo)如表一所示，應(yīng)用性能如表二所示。
實(shí)施例10按實(shí)施例1制得金紅石晶種，不同之處在于酸溶時(shí)漿料(正鈦酸)的濃度為220g/l，酸溶結(jié)束后稀釋水的加量為664ml。制得的金紅石晶種的檢測(cè)指標(biāo)如表一所示，應(yīng)用性能如表二所示。
實(shí)施例11取438ml濃度為320g/l的偏鈦酸，加熱到70℃?zhèn)溆?，?20ml濃度為500g/l的氫氧化鈉溶液，加熱到100℃后，將預(yù)熱好的偏鈦酸用15min均勻加入到不停攪拌中的氫氧化鈉溶液中進(jìn)行堿溶，堿鈦比為1.5∶1，加完后升溫沸騰并保持沸騰120min。沸騰結(jié)束后停止加熱，加入140g水并用冷卻裝置將堿溶物冷卻至70℃。一次過濾、水洗，洗至洗滌液中NaOH含量為5g/l。濾餅加水制成濃度為180g/l的漿料后加鹽酸調(diào)酸，調(diào)整pH至1.5，加熱至60℃放置4h后二次過濾、水洗，洗至洗滌液的電導(dǎo)率為400μS/cm(pNa＝2.5)。將濾餅再次制成160g/l的漿料并加熱到60℃，在15min內(nèi)均勻加入100ml濃度為30％的工業(yè)鹽酸進(jìn)行酸溶，酸鈦比為0.25，鹽酸加完后升溫至沸騰并保持沸騰90min。沸騰結(jié)束后停止加熱，加入425ml水將濃度稀釋為100g/l即得高活性金紅石晶種。所得金紅石晶種的檢測(cè)指標(biāo)如表一所示，應(yīng)用性能如表二所示。
對(duì)比例1將431ml濃度為650g/l的氫氧化鈉溶液加入到467ml濃度為300g/l的偏鈦酸中，加完后升溫沸騰并保持沸騰120min進(jìn)行堿溶，堿鈦比為2.0∶1。沸騰結(jié)束后停止加熱，加入140g水并用冷卻裝置將堿溶物冷卻至70℃。過濾、水洗，洗至洗滌液中NaOH含量為1.5g/l。濾餅加水制成濃度為180g/l的漿料后加鹽酸調(diào)酸，調(diào)整pH至3.0，然后升溫到60℃，在15min內(nèi)均勻加入100ml濃度為30％的工業(yè)鹽酸進(jìn)行酸溶，酸鈦比為0.25，鹽酸加完后升溫至沸騰并保持沸騰90min。沸騰結(jié)束后停止加熱，加入475ml水將濃度稀釋為100g/l即得金紅石晶種。所得金紅石晶種的檢測(cè)指標(biāo)如表一所示，應(yīng)用性能如表二所示。
對(duì)比例2取500ml濃度為280g/l的偏鈦酸，加熱到65℃?zhèn)溆?，?20ml濃度為700g/l的氫氧化鈉溶液，加熱到90℃后，將預(yù)熱好的偏鈦酸用12min均勻加入到不停攪拌中的氫氧化鈉溶液中進(jìn)行堿溶，堿鈦比為1.6∶1，加完后升溫沸騰并保持沸騰120min。沸騰結(jié)束后停止加熱，加入140g水并用冷卻裝置將堿溶物冷卻至70℃。過濾、水洗，洗至洗滌液中NaOH含量為1.5g/l。濾餅加水制成濃度為180g/l的漿料后加鹽酸調(diào)酸，調(diào)整pH至2.4，然后加熱到60℃，在15min內(nèi)均勻加入100ml濃度為30％的工業(yè)鹽酸進(jìn)行酸溶，酸鈦比為0.25，鹽酸加完后升溫至沸騰并保持沸騰90min。沸騰結(jié)束后停止加熱，加入475ml水將濃度稀釋為100g/l即得金紅石晶種。所得金紅石晶種的檢測(cè)指標(biāo)如表一所示，應(yīng)用性能如表二所示。
表一金紅石晶種樣品的轉(zhuǎn)化率和細(xì)度指標(biāo)

表二金紅石晶種樣品的應(yīng)用性能

上述結(jié)果所采用的檢測(cè)方法如下(1)轉(zhuǎn)化率測(cè)試將晶種倒入坩堝放入105℃以上的烘箱中或低溫電爐上進(jìn)行烘干，研磨后在X射線衍射儀上測(cè)金紅石晶型含量，含量應(yīng)＞97％。
(2)細(xì)度測(cè)試將晶種倒入墊有雙層中速濾紙的布氏漏斗上進(jìn)行真空抽濾，應(yīng)全部通過濾紙，濾紙上無殘留，說明其細(xì)度遠(yuǎn)小于偏鈦酸的細(xì)度，并且無絮凝或團(tuán)聚。
(3)高活性金紅石晶種的應(yīng)用性能測(cè)試向漂洗后的偏鈦酸中加入4％不同實(shí)施例的晶種和其他相同量ZnO、H3PO4、KOH進(jìn)行鹽處理，抽濾后在200℃烘干，在馬弗爐上900℃煅燒80～120min，檢測(cè)金紅石型鈦白粉樣品的轉(zhuǎn)化率，按GB1706-93標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)樣品的白度和消色力。
此外，經(jīng)過X射線衍射測(cè)試，實(shí)施例1的樣品對(duì)X射線的衍射情況明顯好于對(duì)比例2的樣品。
實(shí)施例12工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用將1.38m3濃度為650g/l的氫氧化鈉溶液放入堿溶釜中，開啟攪拌，打開蒸汽加熱到100℃?zhèn)溆茫瑢?m3濃度為300g/l的偏鈦酸加熱到60℃后，將其在20min均勻放入到堿溶釜中與熱堿混合進(jìn)行堿溶反應(yīng)，堿鈦比為1.5∶1。偏鈦酸放完后，重新打開蒸汽加熱直至沸騰，關(guān)小蒸汽保持沸騰狀態(tài)120min后堿溶結(jié)束。關(guān)閉蒸汽，加入0.6m3稀釋水，開啟冷卻水將堿溶物冷卻到70℃。放料至莫爾葉濾機(jī)吸片池進(jìn)行吸片水洗，洗滌至洗滌液中氫氧化鈉含量＜10g/l一次水洗結(jié)束。鏟片打漿成180g/l的漿料后放入調(diào)酸罐，加鹽酸調(diào)整pH值為2.5，放置8h后重新將漿料送至莫爾葉濾機(jī)吸片池進(jìn)行二次吸片水洗，洗滌至洗滌液的電導(dǎo)率為400μS/cm后二次水洗結(jié)束。鏟片重新打漿成160g/l的漿料后送入酸溶釜，漿料體積為3.75m3，開蒸汽升溫至60℃后停止加熱，用20min均勻加入0.38m3濃度為30％的工業(yè)鹽酸進(jìn)行酸溶，加完鹽酸后開蒸汽加熱至沸騰并保持沸騰狀態(tài)90min，停蒸汽，加入1.87m3水將晶種稀釋到100g/l即得成品高活性金紅石晶種。
將該晶種以4％的加入量加入到漂洗好的偏鈦酸漿料中，并且加入適量的ZnO、KOH、H3PO4完成金紅石型鈦白粉生產(chǎn)過程的鹽處理工作，通過板框過濾壓榨進(jìn)料到Φ2,500×45,000的轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行煅燒，該轉(zhuǎn)窯日產(chǎn)量可達(dá)40,000kg，而目前硫酸法鈦白粉行業(yè)內(nèi)該窯的正常產(chǎn)量為日產(chǎn)25,000～30,000kg。所生產(chǎn)的金紅石型鈦白粉一粉料指標(biāo)見表三。
表三采用本發(fā)明的高活性金紅石晶種制得的金紅石鈦白粉產(chǎn)品指標(biāo)

權(quán)利要求
1.一種高活性金紅石晶種的制備方法，依次包括以下步驟堿溶、冷卻、堿溶物水洗、調(diào)酸、水解、正鈦酸水洗、酸溶、稀釋冷卻，其特征在于a.堿溶步驟中，將50～70℃的偏鈦酸加入到80～100℃的氫氧化鈉溶液中進(jìn)行堿溶，堿鈦比為1.2∶1～2.5∶1；b.冷卻、堿溶物水洗后制成100～250g/l的漿料，加入鹽酸進(jìn)行調(diào)酸，調(diào)酸后漿料的pH值為2.0～3.1；c.調(diào)酸后漿料攪拌放置2～24h進(jìn)行水解；d.在正鈦酸水洗步驟中，控制洗滌液的電導(dǎo)率≤400μS/cm或者pNa≥2.5即完成洗滌；e.在50～70℃加入鹽酸進(jìn)行酸溶，酸鈦比為0.19∶1～0.35∶1；f.加水稀釋冷卻至晶種濃度為90～110g/l。
2.根據(jù)權(quán)利按照權(quán)利要求1所述的高活性金紅石晶種的制備方法，其特征在于堿溶步驟中的堿鈦比為1.2∶1～1.7∶1。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種金紅石型鈦白粉生產(chǎn)用高活性金紅石晶種的制備方法，其特征在于所述堿溶用偏鈦酸濃度為240～320g/l，堿的濃度為500～750g/l。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種金紅石型鈦白粉生產(chǎn)用高活性金紅石晶種的制備方法，其特征在于所述堿溶中偏鈦酸的加入時(shí)間為5～20min。
5.按照權(quán)利要求1所述的一種金紅石型鈦白粉生產(chǎn)用高活性金紅石晶種的制備方法，其特征在于所述冷卻溫度為80℃以下。
6.按照權(quán)利要求1所述的一種金紅石型鈦白粉生產(chǎn)用高活性金紅石晶種的制備方法，其特征在于所述水解溫度為5～60℃。
7.按照權(quán)利要求1所述的一種金紅石型鈦白粉生產(chǎn)用高活性金紅石晶種的制備方法，其特征在于所述酸溶中，鹽酸的加入時(shí)間為5～20min。
8.一種高活性金紅石晶種的使用方法，其特征在于將權(quán)利要求1～7之一的方法獲得的高活性金紅石晶種直接在金紅石型鈦白粉生產(chǎn)的鹽處理工藝步驟中加入。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金紅石型鈦白粉的生產(chǎn)工藝，尤其涉及一種用于金紅石型鈦白粉生產(chǎn)的高活性金紅石晶種的制備方法及使用方法。在其步驟中a.堿溶步驟中，將50～70℃的偏鈦酸加入到80～100℃的氫氧化鈉溶液中進(jìn)行堿溶，堿鈦比為1.2∶1～2.5∶1；b.冷卻、堿溶物水洗后制成100～250g/l的漿料，加入鹽酸進(jìn)行調(diào)酸，調(diào)酸后漿料的pH值為2.0～3.1；c.調(diào)酸后漿料攪拌放置2～24h進(jìn)行水解；d.在正鈦酸水洗步驟中，控制洗滌液的電導(dǎo)率≤400μS/cm或者pNa≥2.5即完成洗滌；e.在50～70℃加入鹽酸進(jìn)行酸溶，酸鈦比為0.19∶1～0.35∶1；f.加水稀釋冷卻至晶種濃度為90～110g/l。本發(fā)明能夠提高金紅石晶種活性、提高鈦白粉生產(chǎn)轉(zhuǎn)窯的產(chǎn)能及鈦白粉產(chǎn)品品質(zhì)，提高鈦白粉生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)C01G23/053GK101092245SQ20071002374
公開日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2007年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月9日
發(fā)明者朱賢榮, 廖向陽, 謝宏偉 申請(qǐng)人:朱賢榮, 廖向陽, 謝宏偉