本發(fā)明涉及一種鈦白粉生產(chǎn)工藝，尤其是一種硫酸法鈦白粉生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
鈦白粉化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在一般情況下與大部分物質(zhì)不發(fā)生反應(yīng)。在自然界中二氧化鈦有三種結(jié)晶：板鈦型、銳鈦和金紅石型。板鈦型是不穩(wěn)定的晶型，無工業(yè)利用價(jià)值，銳鈦型(Anatase)簡稱A型，和金紅石型(Rutile)簡稱R型，都具有穩(wěn)定的晶格，是重要的白色顏料和瓷器釉料，與其他白色顏料比較有優(yōu)越的白度、著色力、遮蓋力、耐候性、耐熱性、和化學(xué)穩(wěn)定性，特別是沒有毒性，是目前世界上性能最好的一種白色顏料，廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、造紙、印刷油墨、化纖、橡膠、化妝品等工業(yè)。
典型的硫酸法鈦白粉生產(chǎn)工藝包括以下步驟：
(1)用鈦精礦或酸溶性鈦渣與硫酸進(jìn)行酸解反應(yīng)，得到硫酸氧鈦溶液；
(2)水解硫酸氧鈦溶液得到粗偏鈦酸漿料；
(3)對粗偏鈦酸漿料進(jìn)行漂白、水洗，得到水洗合格偏鈦酸；
(4)水洗合格偏鈦酸進(jìn)行鹽處理，得預(yù)處理偏鈦酸；
(5)煅燒：預(yù)處理偏鈦酸送入轉(zhuǎn)窯煅燒得到鈦白粉基料；
(6)鈦白粉基料經(jīng)過后處理工序制得鈦白粉產(chǎn)品。
其中步驟(5)煅燒工序的主要操作過程為：將經(jīng)鹽處理后的預(yù)處理偏鈦酸送入具有一定斜度且緩慢回轉(zhuǎn)的窯體尾端(筒體的高端)，同時(shí)窯頭方向(筒體的低端)的燃燒混合室將潔凈的火焰及熱風(fēng)吹入窯內(nèi)對濾餅加以脫水、煅燒。經(jīng)1000℃以上高溫進(jìn)行脫水，煅燒后的水解二氧化鈦濾餅借助傾斜的回轉(zhuǎn)窯體，既沿圓周方向翻滾又沿軸向(從高端向低端)移動(dòng)，不斷完成脫水。最終通過窯頭罩下部的雙液壓翻板卸料閥進(jìn)入冷卻機(jī)，經(jīng)冷卻、篩分后的物料即為鈦白粉基料。
長期的生產(chǎn)實(shí)踐證明，為得到較好的金紅石轉(zhuǎn)化及粒子成長的鈦白粉基料，煅燒溫度至少需要在1000℃以上，并需要維持較長的煅燒時(shí)間。但是在這樣的高溫長時(shí)間煅燒之下，很容易造成基料燒結(jié)嚴(yán)重，晶格缺陷增多，物料變硬。進(jìn)而造成后續(xù)工序粉碎難度加大，基料的白度、亮度、分散性不高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為獲得高白度、高分散性的鈦白粉基料，本發(fā)明提供了一種鈦白粉基料的生產(chǎn)方法。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：鈦白粉基料的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：
A、取水洗合格偏鈦酸進(jìn)行打漿后，向漿料中加入計(jì)量堿性試劑進(jìn)行中和，充分?jǐn)嚢?，熟化，得到中和漿料；
B、過濾中和漿料得到濾餅，洗滌濾餅以去除其中鹽分，得到洗滌后濾餅；
C、對洗滌后濾餅進(jìn)行鹽處理，得預(yù)處理偏鈦酸；
D、對預(yù)處理偏鈦酸進(jìn)行煅燒得到鈦白粉基料。
發(fā)明人在生產(chǎn)檢測中發(fā)現(xiàn)，水洗合格偏鈦酸中仍然含有8～10％(質(zhì)量百分比，以H2SO4計(jì))的化學(xué)吸附硫酸，這些硫酸無法通過水洗去除。發(fā)明人認(rèn)為，這些殘留的吸附硫酸是金紅石轉(zhuǎn)化及成長強(qiáng)烈的抑制劑，因此煅燒的過程不僅僅是預(yù)處理偏鈦酸脫水的過程，同時(shí)也是脫硫的過程，必須通過高溫脫去吸附硫酸后，金紅石粒子才能很好的成長和轉(zhuǎn)化，這直接導(dǎo)致煅燒高溫的產(chǎn)生。
因此發(fā)明人設(shè)計(jì)出本發(fā)明的方法，向水洗合格偏鈦酸漿料中加入堿性試劑預(yù)先除去水洗合格偏鈦酸中的吸附硫酸。實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)過預(yù)先中和脫硫處理的預(yù)處理偏鈦酸的硫酸含量可降低到小于0.10％(質(zhì)量百分比)，在煅燒過程中達(dá)到相同的金紅石轉(zhuǎn)換率所需煅燒終點(diǎn)溫度可降低50～70℃，可在很大程度上改善鈦白粉基料的燒結(jié)情況，減少晶格缺陷，基料更加松軟，物料易于研磨易于分散，可以制備出高白度，高分散的鈦白粉產(chǎn)品。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟A中所述的堿性試劑選自堿金屬的碳酸鹽，堿金屬的氫氧化物，堿金屬的碳酸氫鹽，氨水中的一種。這些堿性試劑經(jīng)中和反應(yīng)后不會(huì)產(chǎn)生無法通過洗滌除去的沉淀類雜質(zhì)，而產(chǎn)生的雜質(zhì)是可溶性鹽，可通過后續(xù)洗滌工序除去，不會(huì)影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。
更佳的，所述堿性試劑選自碳酸鉀、氫氧化鉀、碳酸氫鉀中的一種。在步驟C的鹽處理過程中，通常需要添加氫氧化鉀作為鹽處理劑，因此如果采用以上鉀鹽試劑作為步驟A的堿性試劑，可大大降低步驟B的洗滌工序負(fù)荷(因鹽處理劑本身含鉀，因此洗滌后濾餅中殘留微量的鉀不會(huì)影響產(chǎn)品鹽處理配方及質(zhì)量，從而無需將洗液的電導(dǎo)率控制在較低值)。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟A中加入堿性試劑調(diào)整漿料的3.0≤pH≤4.0。以保證吸附硫酸被充分中和生成可溶性鹽，同時(shí)又不加入過多的堿性試劑，避免因中和反應(yīng)不到位導(dǎo)致的脫硫不徹底或因堿性試劑大量過量導(dǎo)致的水洗困難。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟A水洗合格偏鈦酸干基中鐵含量≤40ppm。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟B的洗滌終點(diǎn)為：洗滌后產(chǎn)生的洗液的電導(dǎo)率小于100μs。當(dāng)洗液電導(dǎo)率小于100μs時(shí)，干基濾餅的鹽分含量小于0.1％(質(zhì)量百分比)，確保系統(tǒng)中的鹽分含量足夠低以達(dá)到生產(chǎn)高白度高分散鈦白粉基料的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)然在采用碳酸鉀、氫氧化鉀或碳酸氫鉀作為堿性試劑時(shí)，不需要將洗液電導(dǎo)率控制在100μs以下。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟B采用摩爾過濾機(jī)或板框壓濾機(jī)對濾餅進(jìn)行洗滌。
本發(fā)明的有益效果是：1)經(jīng)過預(yù)先中和脫硫處理的預(yù)處理偏鈦酸在煅燒過程中達(dá)到相同的金紅石轉(zhuǎn)換率所需煅燒終點(diǎn)溫度可降低50～70℃，可在很大程度上改善鈦白粉基料的燒結(jié)情況，減少晶格缺陷，基料更加松軟，物料易于研磨易于分散，可以制備出高白度，高分散的鈦白粉產(chǎn)品。2)煅燒溫度的降低使得煅燒過程能耗降低。3)后續(xù)煅燒尾氣中無硫排放，減少環(huán)境污染。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
實(shí)施例一：
(1)取水洗合格偏鈦酸，加水打漿至TiO2＝301g/l(干基中Fe＝28ppm)，向漿料中加入氫氧化鈉溶液(NaOH濃度為100g/l)調(diào)整漿料pH＝3.0，充分?jǐn)嚢韬笫旎?20min，得到中和漿料；
(2)將中和漿料直接進(jìn)行抽濾，水洗濾餅至洗水電導(dǎo)率＝47μs，得到洗滌后濾餅；
(3)往洗滌后濾餅中加入鹽處理劑磷酸，氫氧化鉀，硫酸鋁，調(diào)整漿料中P2O5/TiO2＝0.20％；K2O/TiO2＝0.30％；Al2O3/TiO2＝0.30％，漿料烘干，得預(yù)處理偏鈦酸；
(4)預(yù)處理偏鈦酸經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室煅燒條件：先經(jīng)過30min升溫至600℃，再以0.5℃/min的速率升溫至基料金紅石轉(zhuǎn)化率＝98.5％時(shí)，記錄煅燒終點(diǎn)溫度，再經(jīng)冷卻、篩分后得到鈦白粉基料。
(5)檢測鈦白粉基料的干粉L，黑漿b值，亮度，油性20°光澤，檢測結(jié)果見表1。
實(shí)施例二：
(1)取水洗合格偏鈦酸，加水打漿至TiO2＝301g/l(干基中Fe＝28ppm)，向漿料中加入氫氧化鉀溶液(KaOH濃度為100g/l)調(diào)整漿料pH＝4.0，充分?jǐn)嚢韬笫旎?20min，得到中和漿料；
(2)將中和漿料直接進(jìn)行抽濾，水洗濾餅至洗水電導(dǎo)率＝2980μs，得到洗滌后濾餅；
(3)往洗滌后濾餅中加入鹽處理劑磷酸，氫氧化鉀，硫酸鋁，調(diào)整漿料中P2O5/TiO2＝0.20％；K2O/TiO2＝0.30％；Al2O3/TiO2＝0.30％，漿料烘干，得預(yù)處理偏鈦酸；
(4)預(yù)處理偏鈦酸經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室煅燒條件：先經(jīng)過30min升溫至600℃，再以0.5℃/min的速率升溫至基料金紅石轉(zhuǎn)化率＝98.5％時(shí)，記錄煅燒終點(diǎn)溫度，再經(jīng)冷卻、篩分后得到鈦白粉基料。
(5)檢測鈦白粉基料的干粉L，黑漿b值，亮度，油性20°光澤，檢測結(jié)果見表1。
實(shí)施例三：
(1)取水洗合格偏鈦酸，加水打漿至TiO2＝301g/l(干基中Fe＝28ppm)，向漿料中加入固體碳酸氫鉀調(diào)整漿料pH＝3.2，充分?jǐn)嚢韬笫旎?20min，得到中和漿料；
(2)將中和漿料直接進(jìn)行抽濾，水洗濾餅至洗水電導(dǎo)率＝2973μs，得到洗滌后濾餅；
(3)往洗滌后濾餅中加入鹽處理劑磷酸，氫氧化鉀，硫酸鋁，調(diào)整漿料中P2O5/TiO2＝0.20％；K2O/TiO2＝0.30％；Al2O3/TiO2＝0.30％，漿料烘干，得預(yù)處理偏鈦酸；
(4)預(yù)處理偏鈦酸經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室煅燒條件：先經(jīng)過30min升溫至600℃，再以0.5℃/min的速率升溫至基料金紅石轉(zhuǎn)化率＝98.5％時(shí)，記錄煅燒終點(diǎn)溫度，再經(jīng)冷卻、篩分后得到鈦白粉基料。
(5)檢測鈦白粉基料的干粉L，黑漿b值，亮度，油性20°光澤，檢測結(jié)果見表1。
對比例四：
(1)取水洗合格偏鈦酸，加水打漿至TiO2＝301g/l(干基中Fe＝28ppm)；往該水洗合格偏鈦酸漿料中加入鹽處理劑磷酸，氫氧化鉀，硫酸鋁，調(diào)整漿料中P2O5/TiO2＝0.20％；K2O/TiO2＝0.30％；Al2O3/TiO2＝0.30％，漿料烘干，得預(yù)處理偏鈦酸；
(2)預(yù)處理偏鈦酸經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室煅燒條件：先經(jīng)過30min升溫至600℃，再以0.5℃/min的速率升溫至基料金紅石轉(zhuǎn)化率＝98.5％時(shí)，記錄煅燒終點(diǎn)溫度，再經(jīng)冷卻、篩分后得到鈦白粉基料。
(3)檢測鈦白粉基料的干粉L，黑漿b值，亮度，油性20°光澤，檢測結(jié)果見表1。
對比例五：(用于說明不使用堿性鉀鹽作為中和試劑的情況下洗滌不到位對產(chǎn)品的影響)
(1)取水洗合格偏鈦酸，加水打漿至TiO2＝301g/l(干基中Fe＝28ppm)，向漿料中加入氫氧化鈉溶液(NaOH濃度為100g/l)調(diào)整漿料pH＝3.3，充分?jǐn)嚢韬笫旎?20min，得到中和漿料；
(2)將中和漿料直接進(jìn)行抽濾，水洗濾餅至洗水電導(dǎo)率＝2976μs，得到洗滌后濾餅；
(3)往洗滌后濾餅中加入鹽處理劑磷酸，氫氧化鉀，硫酸鋁，調(diào)整漿料中P2O5/TiO2＝0.20％；K2O/TiO2＝0.30％；Al2O3/TiO2＝0.30％，漿料烘干，得預(yù)處理偏鈦酸；
(4)預(yù)處理偏鈦酸經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室煅燒條件：先經(jīng)過30min升溫至600℃，再以0.5℃/min的速率升溫至基料金紅石轉(zhuǎn)化率＝98.5％時(shí)，記錄煅燒終點(diǎn)溫度，再經(jīng)冷卻、篩分后得到鈦白粉基料。
(5)檢測鈦白粉基料的干粉L，黑漿b值，亮度，油性20°光澤，檢測結(jié)果見表1。
表1：鈦白粉基料檢測結(jié)果表