專利名稱：水合二氧化鈦雙效晶種的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鈦白生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及水合二氧化鈦雙效晶種的制備方法。
背景技術(shù)：
硫酸法鈦白生產(chǎn)時在水解含鈦的硫酸溶液過程，通常有兩種生產(chǎn)工藝一種采用自生晶種，另外一種是采用由氨水或者氫氧化鈉制得的含銳鈦型二氧化鈦的外加晶種。上述兩種工藝使用的晶種均只能用于水解過程，由這兩種晶種水解得到的偏鈦酸不含有金紅石型誘導(dǎo)劑，不能用于煅燒過程以制備金紅石型的二氧化鈦，而要得到金紅石型的二氧化鈦，必須在煅燒前引入專用的金紅石晶種，但這種金紅石晶種不能用于水解過程?，F(xiàn)有的技術(shù)路線需要分別在水解和煅燒工段加入不同的晶種以制得金紅石型的二氧化鈦，導(dǎo)致生產(chǎn)工藝復(fù)雜，操作控制難度大。若能通過添加一種晶種既能實現(xiàn)水解過程的誘導(dǎo)作用，又能在煅燒工段實現(xiàn)誘導(dǎo)而生成金紅石型的二氧化鈦，無疑會大大簡化生產(chǎn)工藝，使生產(chǎn)過程變得更易操作，產(chǎn)品質(zhì)量更高。這種晶種即簡稱為雙效晶種。目前，有一些專利涉及到雙效晶種的制備方法。采用原料路線主要為含氯鈦液，如采用較為純凈的四氯化鈦或TiOCl2的溶液。如美國專利USPM4940所述，將含四氯化鈦的溶液與氫氧化鈉直接中和而得到正鈦酸，并通過酸溶得到含正鈦酸濃度為10 30g/L的晶種溶液。該方法處理原料工序?qū)υO(shè)備和控制要求很高，晶種質(zhì)量受制于原料質(zhì)量，波動大； 另外，如英國專利GB2308118A所述，在硫酸鈦的溶液中直接加入用TiClyK溶液制備的晶種，其量控制在1 2%之間。水解率不低于95%，水解的偏鈦酸過濾、洗滌后打漿，直接引入鋰鹽、磷鹽，在850 930°C的溫度范圍內(nèi)，就可以得到99. 5%金紅石型二氧化鈦含量的鈦白顏料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種水合二氧化鈦雙效晶種的制備方法，該雙效晶種同時對水解和煅燒起到誘導(dǎo)作用，可以一次性加入水解工段作為水解晶種，用于水解含鈦溶液而得到含金紅石型二氧化鈦的偏鈦酸沉淀混合物，并在煅燒工段繼續(xù)產(chǎn)生晶種作用，從而在煅燒工藝不再需要添加金紅石誘導(dǎo)晶種而能得到金紅石型的二氧化鈦。水合二氧化鈦雙效晶種的制備方法，硫酸加入到偏鈦酸料漿中生成硫酸鈦溶液， 硫酸鈦溶液與碳酸鈉反應(yīng)生成正鈦酸，再用一元酸中和正鈦酸制得。具體包括以下步驟1)將硫酸加入到偏鈦酸料漿中反應(yīng)；2)碳酸鈉溶液中加入步驟1)制得的溶液，反應(yīng)至pH值4. 5 9. 5，過濾得濾餅；3)將步驟2)的濾餅打漿成料漿，加入一元酸反應(yīng)后，加堿中和至反應(yīng)液pH值為 6. 5 7. 5o本發(fā)明方法制得的水合二氧化鈦雙效晶種為晶種料漿，屬于膠體混合物。步驟1)所使用的偏鈦酸料漿可以來自硫酸法工藝的水解、一洗或二洗工序，其TiO2濃度為300 400g/L ；含鐵量不超過50ppm。步驟1)制得的溶液加入到碳酸鈉溶液中前需冷卻到室溫。步驟1)硫酸的濃度為95 98%。步驟1)的硫酸與偏鈦酸的質(zhì)量比為=H2SO4 TiO2 = 3 5 1。步驟1)的反應(yīng)溫度為135 145°C，反應(yīng)時間為20 90min。步驟1)制得的溶液與碳酸鈉溶液混合前，可加水調(diào)整TiO2濃度為150 250g/L， 加水使溶液粘度降低后便于過濾順利進行。步驟2)的碳酸鈉溶液濃度范圍為100 170g/L。優(yōu)選的，步驟2)反應(yīng)至pH值6. 5 9。碳酸鈉溶液中加入步驟1)制得的溶液反應(yīng)時，由于反應(yīng)會導(dǎo)致反應(yīng)液PH值變化， 所以測PH值最好在添加完原料并攪拌反應(yīng)一段時間后，pH值不再變化時進行，攪拌反應(yīng)即為熟化，熟化時間優(yōu)選為5 15分鐘。步驟2)反應(yīng)結(jié)束后生成正鈦酸。步驟幻料漿濃度優(yōu)選為TiA為60 160g/L。步驟3)的一元酸可選自有機酸或無機酸，如硝酸、鹽酸、氫氟酸、氫溴酸、檸檬酸中的至少一種。一元酸與TiO2的質(zhì)量比為0.42 0.65 1。一元酸優(yōu)選為鹽酸和氫氟酸，或者鹽酸和硝酸共同使用。鹽酸和氫氟酸用量(質(zhì)量比)為HCl HF TiR = 0.40 0.6 0. 02 0. 05 1。鹽酸和硝酸(質(zhì)量比)為HCl 硝酸TW2 = 0.40 0.6 0. 02 0. 05 1。步驟幻加堿中和前反應(yīng)液需冷卻到室溫。堿為一元堿，如氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀中的至少一種。步驟幻堿使用時可以為固體，也可以將固體堿溶于水配置成堿液，堿液濃度優(yōu)選為 10 100g/l。步驟3)的反應(yīng)溫度為75 85°C，反應(yīng)時間優(yōu)選為0. 5 2. 5小時。步驟幻所得晶種料漿可直接作為晶種使用?；蛘哌^濾、洗滌至洗滌水測不出氯離子，即得到濾餅形式的晶種。本發(fā)明所述水合二氧化鈦雙效晶種可以是具有一定含水量的固態(tài)物，也可以是濃度低于220g/L(以1102計)的料漿。在該晶種中的金紅石型二氧化鈦含量為二氧化鈦總重量的5 95%，其余為銳鈦型和不定型的二氧化鈦。該晶種在含鈦溶液水解過程加入以 TiO2計質(zhì)量比為1 3%，完成水解后，不必再在煅燒環(huán)節(jié)加入新的金紅石型晶種。本發(fā)明水合二氧化鈦雙效晶種的使用方法包括以下步驟A、硫酸鈦液加熱到85 95°C，加入以TW2計重量比為1 2. 5%的水合二氧化鈦雙效晶種，反應(yīng)0. 5 2小時，然后煮沸，保溫0. 5 2小時；B、將溶液稀釋到155 185g/L，保溫20 60分鐘；C、過濾和洗滌，再打漿加入以TiO2計質(zhì)量比為0. 1 0. 3%磷酸、0. 3 0. 5%碳酸鉀、0. 15 0. 4%的鋁鹽，在100 110°C恒溫干燥1 4小時，然后在850 950°C下煅燒1 4小時，步驟A所述硫酸鈦液為礦渣溶解、凈化后的得到硫酸鈦液。硫酸鈦液的指標(biāo)為F =1. 75 1. 95、Fe/Ti02 = 0. 25 3. 2、TiO2 = 180 235g/L。
步驟A水合二氧化鈦雙效晶種往硫酸鈦液中添加時，控制添加時間在5 10分鐘。步驟B完成時測試料漿的水解率不低于95 %。步驟C煅燒后得到不低于99. 2%金紅石型二氧化鈦含量的鈦白顏料。本發(fā)明采用純的偏鈦酸制備雙效晶種具有原料易得、質(zhì)量穩(wěn)定、設(shè)備要求低等優(yōu)
點ο本發(fā)明步驟幻采用堿中和直接得到產(chǎn)品，而不必采用額外的酸進行分散。使得制備方法更為簡單，生產(chǎn)環(huán)境也更為安全，可以有效避免氨逸出。本發(fā)明可以將熟化時間控制在2小時內(nèi)，大大縮短了生產(chǎn)時間，并且晶種以固體餅或不同的濃度進行保存均不失去活性。本發(fā)明方法生產(chǎn)原料方便易得，產(chǎn)品晶種方便運輸，能夠很好解決水解和煅燒的誘導(dǎo)作用。
具體實施例方式本發(fā)明水合二氧化鈦雙效晶種的使用方法為礦渣溶解和凈化得到硫酸鈦液。鈦液的指標(biāo)為F = 1. 75 1. 95 (F是鈦液的有效酸與鈦液的總鈦的比值),Fe/Ti02 = 0 . 28 ~ 3. 2，TiO2 = 190 235g/L。將鈦液加熱到 85 95°C，5 10分鐘內(nèi)加入重量百分比1 2. 5% (以TW2計)晶種，反應(yīng)1 2小時， 然后煮沸，保溫0.5 2小時。上述過程結(jié)束后，將溶液稀釋到155 175g/L，保溫20 60分鐘。測試料漿的水解率不低于95%。將上述料漿經(jīng)過過濾和洗滌，再打漿加入0.1 0. 2%磷酸、0. 3 0. 4%碳酸鉀、0. 2 0. 4%的鋁鹽，在100 110°C恒溫干燥1 4小時， 然后在850 950°C下煅燒1 4小時，得到不低于99. 2%的金紅石型二氧化鈦含量的鈦白顏料。實施例1 取硫酸法生產(chǎn)過程中的二洗餅，打漿得到含TW2為326. 5g/l的偏鈦酸料漿592g， 測定其鐵含量為32ppm.用恒流泵將上述料漿加入到618g 97. 13%的濃硫酸中，升溫到 143°C保溫30分鐘得到茶褐色透明液體。加入106毫升脫鹽水調(diào)節(jié)濃度到160g/L(以TW2 計)，然后冷卻到室溫，過濾，打漿得到1170g，含量為TiO2 = 200. 37g/L、F = 4. 01的硫酸鈦溶液。取1316g工業(yè)碳酸鈉配制160g/L的濃度，其pH = 13. 55。用恒流泵將上述硫酸鈦溶液60分鐘內(nèi)勻速加入到碳酸鈉溶液中，終點pH = 8. 5，然后攪拌反應(yīng)(即熟化)10分鐘，回調(diào)pH = 8. 5附近。過濾、洗盡硫酸根，得到6 克濾餅。后打漿為1646g濃度含量為 82. 9g/l (以TiO2計)的正鈦酸溶液。在10分鐘內(nèi)將上述正鈦酸溶液計量加入180g濃鹽酸和IOg氫氟酸的混合液，攪拌30分鐘后，升溫到78°C，保溫10分鐘，然后冷卻到常溫。用50g/L的氫氧化鈉稀堿液在 30分鐘內(nèi)中和到PH = 7附近，再熟化攪拌10分鐘。將上述料漿用布氏漏斗洗滌，到洗水測不出氯根為止。取濾餅打漿，得到1. IL濃度為108g/L(以TW2計)的晶種溶液。上述晶種溶液即為水解和煅燒都具有金紅石誘導(dǎo)作用的雙效晶種，具體運用方式如下硫酸鈦液的制備是通過用硫酸酸解礦渣后，溶解和凈化而得到的。鈦液的指標(biāo)為 F=L 85，F(xiàn)e/Ti02 = 0 . 28，TiO2 = 190g/L.將鈦液加熱到 90°C，5 分鐘內(nèi)加入 2. 5% (以 TiO2計)晶種，均化1小時，然后煮沸，保溫1小時。上述過程結(jié)束后，將溶液稀釋到175g/ L，保溫30分鐘。測試漿料的水解率不低于95%。將上述料漿經(jīng)過過濾和洗滌，再打漿加入 0. 2%磷酸、0. 4%碳酸鉀、0. 2%的鋁鹽在105°C干燥1小時，后放入馬弗爐920°C煅燒2小時，得到99. 6%金紅石型二氧化鈦含量的鈦白顏料。實施例2:同實例1，用90g/L的碳酸鈉溶液中和，終點PH = 7，其它操作不變，而得到2340g， 濃度為87g/L(以TW2計)的正鈦酸溶液。在5分鐘內(nèi)于上述料漿中加入190g濃鹽酸和15g濃硝酸，均化攪拌2小時。20分鐘升溫到82°C，保溫120分鐘，后冷卻到常溫，用25%稀氨水在10分鐘內(nèi)中和到PH = 7附近。將上述料漿分離洗滌到測不出氯根。將濾餅保存6個月后，再打漿35g/L (以TiO2計) 的漿料備用。水解操作同實施例1，水解率為96. 6 % ；煅燒操作同實施例1，而得到99. 2 %金紅
石型二氧化鈦含量的鈦白顏料。
權(quán)利要求
1.水合二氧化鈦雙效晶種的制備方法，其特征在于硫酸加入到偏鈦酸料漿中生成硫酸鈦溶液，硫酸鈦溶液與碳酸鈉反應(yīng)生成正鈦酸，再用一元酸中和正鈦酸制得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水合二氧化鈦雙效晶種的制備方法，其特征在于具體包括以下步驟1)將硫酸加入到偏鈦酸料漿中反應(yīng)；2)碳酸鈉溶液中加入步驟1)制得的溶液，反應(yīng)至pH值4.5 9. 5，過濾得濾餅；3)將步驟2)的濾餅打漿成料漿，加入一元酸反應(yīng)后，加堿中和至反應(yīng)液pH值為6.5 7. 5。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水合二氧化鈦雙效晶種的制備方法，其特征在于步驟1)的硫酸與偏鈦酸的質(zhì)量比為=H2SO4 TiO2 = 3 5 1。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的水合二氧化鈦雙效晶種的制備方法，其特征在于步驟 1)的反應(yīng)溫度為135 145°C，反應(yīng)時間為20 90min。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水合二氧化鈦雙效晶種的制備方法，其特征在于步驟2)的碳酸鈉溶液濃度范圍為100 170g/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水合二氧化鈦雙效晶種的制備方法，其特征在于步驟3)— 元酸與TiO2的質(zhì)量比為0.42 0.65 1。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水合二氧化鈦雙效晶種的制備方法，其特征在于一元酸為鹽酸和氫氟酸，鹽酸和氫氟酸用量按質(zhì)量比計為HCl HF TW2 = 0.40 0.6 0. 02 0. 05 1。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水合二氧化鈦雙效晶種的制備方法，其特征在于一元酸為鹽酸和硝酸，鹽酸和硝酸用量按質(zhì)量比計為HCl 硝酸TW2 = 0.40 0.6 0.02 0. 05 1。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水合二氧化鈦雙效晶種的制備方法，其特征在于步驟3)堿為氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水合二氧化鈦雙效晶種的制備方法，其特征在于步驟3) 的反應(yīng)溫度為75 85°C，反應(yīng)時間為0. 5 2. 5小時。
全文摘要
本發(fā)明屬于鈦白生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及水合二氧化鈦雙效晶種的制備方法。本發(fā)明水合二氧化鈦雙效晶種的制備方法，硫酸加入到偏鈦酸料漿中生成硫酸鈦溶液，硫酸鈦溶液與碳酸鈉反應(yīng)生成正鈦酸，再用一元酸中和正鈦酸制得。本發(fā)明所述水合二氧化鈦雙效晶種可以是具有一定含水量的固態(tài)物，也可以是濃度低于220g/L(以TiO2計)的料漿。在該晶種中的金紅石型二氧化鈦含量為二氧化鈦總重量的5～95％，其余為銳鈦型和不定型的二氧化鈦。該晶種在含鈦溶液水解過程加入以TiO2計質(zhì)量比為1～3％，完成水解后，不必再在煅燒環(huán)節(jié)加入新的金紅石型晶種。
文檔編號C01G23/053GK102153136SQ20111004604
公開日2011年8月17日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者唐盛偉, 景建林, 李順澤, 羅陽勇 申請人:四川安寧鐵鈦股份有限公司