一种锐钛型钛白粉外加水解晶种的制备方法与流程

本发明涉及一种锐钛型钛白粉外加水解晶种的制备方法，特别涉及一种高品质、稳定性好的锐钛型钛白粉的外加水解晶种的制备方法；属于钛白粉制备技术领域。

背景技术：

钛白粉(又称二氧化钛)具有稳定的物理、化学性质和优良的光学、电学性质以及优异的颜料性能，是一种白色颜料，已经广泛应用于涂料、塑料、造纸、油墨、造纸等行业。

该产品的生产工艺有两种：硫酸法和氯化法。目前，国内钛白粉的生产多采用硫酸法工艺，而水解钛液是该工艺中极其重要的工序之一。一般采用自生晶种水解工艺或外加晶种常压水解工艺来水解钛液。与自生晶种水解工艺相比，外加晶种常压水解工艺具有水解操作简单、晶种质量稳定、活性高、对水解钛液浓度要求不高、终点控制较精确等优点，是一种较自生晶种常压水解更为优异的水解工艺。

传统的晶种制备方法是将钛矿用浓硫酸溶解，再加入氢氧化钠溶液水解得到晶种，该方法得到的晶种中含有杂质多，晶种的大小不均一，稳定性差。

技术实现要素：

为了解决传统的锐钛型晶种的制备方法存在的问题，本发明的目的是在于提供一种高纯度、形貌均一、稳定性好的锐钛型钛白粉的外加水解晶种的制备方法。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种锐钛型钛白粉外加水解晶种的制备方法，该方法是将二氧化钛溶于硫酸，过滤纯化，得到TiO₂浓度为180～200g/L的钛液；将所述钛液加热至40～50℃后，加入到温度为40～50℃的过量稀碱溶液中，在搅拌条件下，维持体系温度在40～50℃范围内，调节体系酸度系数为0.27～0.3，进行水解反应，水解反应的终点pH控制在2.2～3.0，得到锐钛型晶种。

本发明的技术方案关键在严格控制工艺步骤和反应条件，获得形貌均一、稳定性好的锐钛型晶种。采用的钛液中TiO₂浓度对晶种的形成具有一定的影响，浓度过高时形成的晶种形貌不不均一，浓度过低时晶种的产率过低，本发明的技术方案采用浓度为180～200g/L的钛液，是获得形貌均一及高产率晶种的前提条件。本发明的技术方案在水解过程中保证溶液体系的温度在50℃以下的低温条件下，同时保持钛液与碱液的温度相近，能保证生成的晶种的稳定性。本发明的技术方案将钛液加入到过量稀碱溶液中反应，钛液的酸先被中和，并立即生成胶状物水解晶体，且可以使生成的晶种在偏碱性环境中，有利于晶种的稳定存在，提高晶种的产率。水解反应过程中pH和酸度值的控制，有利于晶种的均匀生长。此外，本发明的技术方案采用纯的二氧化钛作为原料，没有杂质的带入，使得晶种纯度高。

优选的方案，所述的稀碱溶液为浓度在90～110g/L范围内的氢氧化钠溶液。采用不同的碱液会导致水解锐钛型晶种含量不同，优选采用氢氧化钠溶液可以提高锐钛型晶种含量。

优选的方案，所述搅拌的速率为40～50转/分钟。由于水解的过程是一个放热过程，在适当的搅拌速率下，能及时散热，防止局部过热，有利于获得良好形貌的晶种。

优选的方案，水解反应过程中采用硫酸和/或盐酸调节体系酸度系数和终点pH。最优选以硫酸作为调节溶液体系的酸度系数和pH。而采用盐酸虽然可以得到锐钛型晶种，但是采用盐酸调节会产生部分金红石晶种。

较优选的方案，如果所述水解反应没有得到锐钛型晶种，调节体系中TiO₂与NaOH的物质的量比为3:1～5:1，升温至60～65℃，熟化10～40min，骤冷(迅速冷却)，即得锐钛型晶种。优选的方案为一种良好的补救措施，在前述的方法没有得到锐钛型晶种时，经过该补救措施可以获得高纯度、形貌均一、稳定性好的锐钛型晶种，可以提高原料的利用率，节约成本。

本发明的技术方案中，将二氧化钛溶于硫酸，过滤纯化，便于去除杂质，保证晶种的纯净性和均一性。

相对现有技术，本发明的有益效果：本发明的技术方案能有效避免其他金属元素杂质进入体系，保证锐钛型晶种的均一和纯净，进而提高锐钛型晶种的稳定性和质量，为后续锐钛型钛白粉产品的稳定性、高质量生产提供了重要保证。

附图说明

【图1】为实施例1制备的锐钛型晶种的XRD图；

【图2】为实施例1制备的锐钛型晶种的SEM图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对该发明的保护范围构成限定。

实施例1

步骤一：将纯二氧化钛与适量硫酸反应，过滤纯化，得到钛液(二氧化钛含量为180g/L)；

步骤二：将步骤一中的钛液的温度控制在45摄氏度左右，加入到45摄氏度左右的NaOH(100g/L)中；

步骤三：保持溶液温度为45～50摄氏度，并不断搅拌，采用硫酸调节酸度系数和pH，得到蓝色乳光的胶体晶种溶液(酸度系数为0.27～0.32，终点pH为2.2～3.0)；

本实施例所得的晶种产品经过X射线衍射分析，所得的晶种型主要是锐钛型晶种(从XRD图可以看出，完全是锐钛相)，含量为96％。制备的锐钛型晶种形貌如图2所示，从SEM图中可以看出，其晶种形貌均匀。

实施例2

操作步骤如实施例1，其区别于实施例1之处在于：步骤三中，水解的同时，持续加入硫酸维持pH为2.5。

该实施例得到的晶种由于其水解先后的环境一致，因此相对更加均一。经过X射线衍射分析，所得的晶种型基本是锐钛型晶种，含量为98％。

实施例3

操作步骤如实施例1，其区别于实施例1之处在于：步骤二中的碱直接用KOH代替NaOH。

该实施例中，碱的不同进而导致水解晶种含量比较差。经过X射线衍射分析，所得的晶种型主要是锐钛型晶种，含量为93％。

实施例4

步骤一：将纯二氧化钛与适量硫酸反应纯化，得到钛液(二氧化钛含量为200g/L)；

步骤二：向步骤一中的溶液中缓慢加入100g/L NaOH，将pH调节到3.5，维持温度为40摄氏度，待水解；

步骤三：向步骤二所得的溶液中加入少量盐酸，升温45～50摄氏度，并不断搅拌，持续加入，得不到目标晶种；

步骤四：调节碱量(TiO₂与NaOH的物质的量比为4:1)迅速升温至60～65摄氏度，熟化10min，骤冷，即可获得目标晶种；

该实施例中采用盐酸，由于体系中的阴离子不同，导致结晶时，晶种晶型有所改变，经过X射线衍射分析，所得的锐钛型晶种含量只有85％。

综合以上实施例，利用该发明提供的方法可以提供稳定的水解晶种，对锐钛型钛白粉的稳定生产提供了可靠的保障。