專利名稱:高活性晶種制造金紅石型顏料鈦白粉的制作方法
本發(fā)明屬于硫酸法生產(chǎn)鈦白粉的范疇，系利用高活性晶種，在常壓下進(jìn)行鈦液的熱水解，以制造金紅石型顏料鈦白粉。作為一種性能最佳的白色顏料，鈦白粉在油漆、造紙、皮革、合成纖維、塑料等工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用。
現(xiàn)有的硫酸法生產(chǎn)鈦白粉的工藝，國外廣泛采用自生晶種的方法(如1978年7月4日頒布的美國專利US4，098，869和1979年6月9日頒布的US4，133，864)，國內(nèi)則多用氫氧化鈉中和晶種法。前者的缺陷是晶種制備條件很難控制，不易得到粒度分布均勻、形狀規(guī)整的晶種，而且鈦液熱水解的操作較為繁瑣，稍一不愼就難于得到顏料性能優(yōu)良的鈦白粉。后者的缺陷是氫氧化鈉為強(qiáng)堿，用其中和酸性鈦液時，局部區(qū)域發(fā)生PH值的激熱變化，產(chǎn)生的晶種大而不均勻，因而活性較低，無法在常壓下水解高濃度鈦液以制得顏料級鈦白粉。對于特定的顏料來說，產(chǎn)品的顆粒大小，特別是粒徑分布情況是影響顏料性能的重要因素。在一定限度內(nèi)產(chǎn)品粒徑越小粒徑分布越均勻，其著色力就越高。對于金紅石型顏料鈦白粉來說，顆粒直徑控制在0.20～0.25μ的范圍內(nèi)最為理想。要達(dá)到此種粒徑分布，必須實現(xiàn)高濃度鈦液的熱水解(濃度須大于220克TiO2/升)。實驗表明氫氧化鈉晶種是無法完成這一任務(wù)的。常壓水解時要保證95%以上水解率，該晶種所能水解的鈦液最高濃度不超過160克/升。高濃度鈦液水解時，其水解率只有70%左右。為了解決這一問題，國內(nèi)一些廠家采用了加壓水解的辦法。這樣，不僅設(shè)備復(fù)雜，操作困難，基建投資大。而且沒有從根本上解決質(zhì)量問題。還應(yīng)當(dāng)提到的是不管是自生晶種還是氫氧化鈉中和晶種都只對鈦液水解階段有活性，而對煅燒相變階段沒有活性。為了生產(chǎn)金紅石型顏料鈦白粉都不得不另制金紅石型煅燒晶種。
本發(fā)明的目的在于研制出一種高活性晶種，能在常壓下水解高濃度鈦液，以制得顏料級鈦白粉。該晶種既對鈦液水解階段有活性，又對煅燒相變階段有活性，即具有金紅石化的特性。
鑒于上述情況，我們開展了新晶種的篩選工作。經(jīng)過兩年努力在嚴(yán)格掌握制備條件的情況下，用稀氨水中和工業(yè)硫酸鈦溶液，制成了高活性的氨中和晶種。將此晶種加入鈦液，實現(xiàn)了高濃度鈦液的常壓水解，再經(jīng)恰當(dāng)配方的鹽處理，煅燒相變，研磨分級，包膜處理等工序。制成了金紅石型顏料級鈦白粉。鈦液水解率達(dá)95%，銳鈦型晶體轉(zhuǎn)化為金紅型晶體的相變轉(zhuǎn)化率達(dá)99%，有關(guān)同行認(rèn)為此項成果在國內(nèi)居領(lǐng)先地位。
高活性晶種的制備工藝水解是鈦白粉生產(chǎn)中最重要的工序，晶種制備則是水解工序的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。自然形成的晶核不可能具備符合要求的良好性質(zhì)，必須在特定解條件下制備晶種，將其加到鈦液中去，既加快了水解反應(yīng)速度，提高了水解率，又對水解產(chǎn)品的粒徑起到了調(diào)整作用。晶種的活性和類型對產(chǎn)品的水解率和顏料性能有很大影響。
氨晶種制備的原則流程如下

晶種制備時堿中和反應(yīng)是一放熱反應(yīng)，為了避免中和溫度過高使鈦液發(fā)生水解，必須控制中和溫度在40℃左右。應(yīng)當(dāng)邊攪拌邊向鈦液中加入氨水，過高的溫度和延長中和時間都會降低晶種活性。中和終點應(yīng)嚴(yán)格控制在PH＝3～3.5范圍內(nèi)，在此條件下所得正鈦酸沉淀最多，而且沒有Fe(OH)2的干擾。氨水加入量過少，PH＞3時，則正鈦酸沉淀不完全，氨水加入量過多，PH＞3.5時，晶種會受氫氧化亞鐵污染。正鈦酸沉淀的水洗和存放時間不能太長，否則會因陳化而影響酸溶。沉淀中的硫酸銨必須用去離子水盡可能洗去，否則所得晶種不具有將TiO2水合物金紅石化的性質(zhì)，而且水解率降低，著色力將下降，產(chǎn)品較黃。正鈦酸沉淀膠溶時必須控制好HCl∶TiO2＝0.35～0.45(摩爾比)。鹽酸加入量過少，正鈦酸不能完全膠溶，過多則不僅浪費試劑，而且會產(chǎn)生膠凝現(xiàn)象。氨水中和鈦液所得的正鈦酸系無定型化合物，化學(xué)活性高，有被鈦液中游離酸溶解或改變其結(jié)構(gòu)的危險，因此，必須經(jīng)過熟化，使其微晶化，以得到不溶于稀酸的晶種。熟化溫度為60～65℃，保持時間時3～4小時。氨中和晶種有三個明顯的優(yōu)點(1)該晶種既對水解階段有活性，又對TiO2水合物煅燒階段有活性，具有將銳鈦型晶體轉(zhuǎn)化為金紅石型晶體的金紅石化的特性，所以，可以在水解階段采用，也可以在煅燒階段采用。(2)該晶種的活性周期較長，放置一個月左右仍具有活性。(3)用此晶種水解高濃度鈦液，所得產(chǎn)品具有良好的顏料性能。
水解工藝條件影響鈦液熱水解的因素很多，如鈦液的組成，晶種加入量，水解溫度，水解時間，鈦溶液的游離酸濃度等等。本研究對影響水解的各種因素進(jìn)行了一系列試驗，基本上找到了最佳條件酸解鈦鐵礦得到的鈦液，需先經(jīng)過凈制，真空濃縮、冷凍除鐵等操作，制成供水解用的原始鈦液。鈦液中TiO2的濃度為200～220克/升，F(xiàn)＝2.0～2.2，鐵鈦比為0.3～0.5之間，有效酸為380～480克/升，水解溫度為103～105℃，水解時間為2～2.5小時，水解出的偏鈦酸沉淀經(jīng)水洗，恰當(dāng)配方的鹽處理，加晶種鍛燒相變，研磨分級，包膜處理，最后制得金紅石型顔料鈦白粉。鈦液水解率達(dá)95%金紅石轉(zhuǎn)化率為99%。
為了更好地說明本發(fā)明的有關(guān)技術(shù)，現(xiàn)舉例如下
例1取100毫升工業(yè)硫酸鈦溶液(其中含TiO2196克/升)放入500毫升燒杯中，加入100毫升去離子水。緩緩加熱至30℃，邊攪拌邊滴加10%的稀氨水，其反應(yīng)方程為
控制中和溫度低于40℃，中和終點為PH＝3.5。得到的正鈦酸用去離子水洗滌，洗去其中硫酸銨，洗滌終點用10%的BaCl2檢驗。得到沉淀18.2克。然后將洗凈的正鈦酸沉淀分散到120毫升水和3毫升濃鹽酸的混合液中，所得懸浮液在65℃下恒溫熟化3小時，冷卻至室溫，即得不溶于稀酸的高活性晶種，其濃度為64.4克/升(TiO2計)
例2在裝有回流冷疑器和電動攪拌器的500毫升三口燒瓶中加入200毫升工業(yè)硫酸鈦溶液。其組成為TiO2220克/升，Ti2O33克/升，有效酸450克/升，F(xiàn)e++80克/升。緩緩升溫至70℃。加入10毫升例1所制的晶種(晶種中TiO2占鈦液中TiO21.5%左右)。邊攪拌邊加熱，直至沸騰。經(jīng)半小時水解后溶液變白，取樣測定水解率約為60%，以后每隔半小時測定一次，至2.5小時后，水解率達(dá)95.4%，停止加熱，倒出懸浮液，冷至室溫后，用去離子水洗滌所得偏鈦酸沉淀。然后經(jīng)恰當(dāng)配方的鹽處理，加1%的晶種在850℃下煅燒相變2小時，研磨分級，包膜處理制得金紅石型顔料鈦白粉。其金紅石轉(zhuǎn)化率為99%。
權(quán)利要求
1、本發(fā)明為高活性晶種，常壓水解制備金紅石型顏料鈦白粉。晶種的制備工藝為在嚴(yán)格控制溫度條件下，用稀氨水中和工業(yè)硫酸鈦溶液，終點為PH=3.5左右。所得正鈦酸溶液用去離子水洗去硫酸銨，然后用稀鹽酸膠溶，熟化，制得高活性的氨中和晶種。
將1.0～2.2%的晶種加入工業(yè)硫酸鈦溶液，沸騰水解2.5小時，所得偏鈦酸沉淀經(jīng)水洗、恰當(dāng)配方的鹽處理，加晶種煅燒相變、研磨分級，包膜處理，制得金紅石型顏料鈦白粉。鈦液水解率達(dá)95%，金紅石型晶體轉(zhuǎn)化率為99%。
2、根據(jù)權(quán)利要求
1中所述，晶種制備時所用稀氨水濃度為10%，中和溫度為40℃。
3、根據(jù)權(quán)利要求
1中所述，正鈦酸用稀鹽酸膠溶時必須控制好HCl∶TiO2＝0.35～0.45(摩爾比)。
4、根據(jù)權(quán)利要求
1中所述，晶種熟化溫度為60～65℃保溫時間為3～4小時。
5、根據(jù)權(quán)利要求
1中所述，鈦液熱水解的工藝條件為鈦液中TiO2的濃度為200～220克/升，F(xiàn)＝2.0～2.2，鐵鈦比為0.3～0.5之間，有效酸含量為380～480克/升，晶種加入量為1.0～2.2%(以TiO2為基準(zhǔn))，水解溫度為103～105℃，水解時間為2～2.5小時。
6、根據(jù)權(quán)利要求
1中所述，煅燒相變階段晶種的加入量為1%左右。
專利摘要
本發(fā)明在嚴(yán)格控制制備條件情況下，用稀氨水中和工業(yè)硫酸鈦溶液，制成了高活性的氨中和晶種，該晶種不僅對鈦液的水解階段有活性，而且對TiO2水合物的煅燒階段有活性，具有將銳鈦型晶體轉(zhuǎn)化為金紅石型晶體的金紅石化特性。將此晶種加入鈦液，實現(xiàn)了高濃度鈦液的常壓水解。水解產(chǎn)物經(jīng)恰當(dāng)配方的鹽處理，加晶種煅燒相變、研磨分級，包膜處理，制成了金紅石型顏料鈦白粉。鈦液水解率達(dá)95％，銳鈦型晶體轉(zhuǎn)化為金紅石型晶體的相變轉(zhuǎn)化率為99％。
文檔編號C01G23/00GK85103475SQ85103475
公開日1986年10月29日 申請日期1985年4月30日
發(fā)明者李靖華, 席國喜 申請人:河南師范大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan