专利名称：盐酸法生产高纯度纳米二氧化钛工艺的制作方法
所属领域本发明属于化工领域生产纳米二氧化钛的工艺，尤其是一种盐酸法生产高纯度纳米二氧化钛工艺。
背景技术：
目前，美国杜邦公司采用的氯化法生产二氧化钛有很长时间的历史，其工艺缺点是设备投资比较大，原料要求比较苛刻(所采用的原料为金红石矿，资源比较少，虽然现在可以用人造金红石，但在生产人工金红石的过程中，环境污染比较严重)；另一种方法为采用硫酸法生产二氧化钛，虽然成本比较低，但工艺流程长、污染大，多年来此工艺处于守势状态。
现有的最新的盐酸法生产二氧化钛，如美国厄特尔钠米材料有限公司采用的生产二氧化钛的方法，其生产过程与氯化法相比温度较低，设备简单，但其后续工艺即在制备二氧化钛成品过程中采用气相氧化法，该气相氧化法使用的喷雾设备较为精密昂贵，在国内目前还无法实现。
当前，高纯度纳米二氧化钛的用途已越来越多地被人们所认识，但诸多制备工艺对原料纯度要求较高且价格较贵。如何利用廉价易得的原料制备出较便宜的高纯度纳米二氧化钛，是国内外生产厂家十分关注的问题，也是这种新产品能否扩大到各种领域广泛推广应用的关键问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用原料易得、环境污染小、要求设备简单、成本低、工艺简单的盐酸法生产高纯度纳米二氧化钛工艺。
本发明的目的是这样实现的盐酸法生产高纯度纳米二氧化钛工艺的工艺步骤为(1)采用含二氧化钛90％以上的含钛物质为原料，将该原料粉碎后与矿化剂在粉料混合器内混合搅拌均匀后，在200～950℃温度下进行焙烧，时间为1～8小时，然后自然冷却；(2)将自然冷却后的混合物放入洗涤罐内并向洗涤罐内通以自来水进行搅拌使混合物洗至中性，然后通过真空吸滤器进行过滤，形成滤饼；
(3)将该滤饼放到烘干加热器内在100℃左右温度条件下将滤饼进行烘干得干粉，将该干粉粉碎后放入酸解反应釜中加入30～36％的工业盐酸，在50～100℃温度下酸解1～5小时，得到氯氧化钛溶液；(4)将氯氧化钛溶液放入真空浓缩反应釜内在真空度为0.05-0.09Mpa、温度为40～60℃条件下进行浓缩，得到氯氧化钛浓缩液；(5)将该氯氧化钛浓缩液放在防腐萃取罐内采用萃取剂进行萃取分离纯化，得到较纯净的氯氧化钛浓缩液；(6)将该氯氧化钛浓缩液放在水解反应釜中缓慢搅拌并加热该浓缩液至65～75℃，此时加入纳米晶种，继续搅拌并迅速加热使温度达到95～110℃，在此温度下继续水解0.5～1.5小时，加入85～95℃的蒸馏水进行稀释水解15～30分钟，得到纳米水合二氧化钛；(7).将该水合二氧化钛放入沉降罐进行沉降、水洗、抽干并进行烘干，并将该二氧化钛干粉在250～850℃温度下进行焙烧，形成的干粉即高纯度纳米二氧化钛成品。
上述的矿化剂为钠或钾的氢氧化物、钠或钾或铵的碳酸盐或碳酸氢盐。其中钠或钾的氢氧化物、钠或钾或铵的碳酸盐、碳酸氢盐的加入量分别为含钛物质/钠或钾的氢氧化物＝1/0.5重量比，含钛物质/钠或钾或铵的碳酸盐、碳酸氢盐＝1/1～3重量比；上述的酸解、真空浓缩和水解的反应釜均为衬氟反应釜；上述氯氧化钛溶液在衬氟真空浓缩反应釜内所使用的萃取剂为磷酸三丁酯或磷酸三丁酯与煤油组成的混合物；上述钠米晶种为含二氧化钛20～40％的市售产品，其添加量为氯氧化钛溶液中所含二氧化钛量的2～5％。
本发明的优点和积极效果是本专利申请是在2002年底申请的″纳米二氧化钛的制备方法″(申请号02159147.4)的基础上，进一步对含钛物质(二氧化钛含量90％以上，其中包括各种钛矿石)先用矿化剂处理，再用盐酸溶解，取得氯氧化钛溶液，经纯化，在常压条件下水解得到纯度较高的偏钛酸，然后经低温焙烧脱水，得到一种价廉、高纯度纳米二氧化钛。整个工艺比较简单，生产过程中污染比较小，不需在高温焙烧下转型的工艺，要求使用的设备比较简单，生产成本比较低，产品的性能比较好，是目前国内外生产高纯度纳米二氧化钛工艺中很有发展前景的方法。
本发明采用国内外价廉易得的含二氧化钛90％以上的钛物质为原料用盐酸法生产高纯度钠米二氧化钛的方法，这种产品由于价格便宜，更易于在涂料、感光材料、光催化材料、化妆品、陶瓷、传感器、食品包装、塑料、环保等诸多领域的推广应用。
本发明采用盐酸法生产高纯度纳米二氧化钛，采用含二氧化钛较高的含钛物质，能耗低、设备简单生产成本低、废弃物少，工艺中盐酸可循环使用，副产品只有氧化铁。投资费用与硫酸法相当。业内人士评价1910年是硫酸法时代，1950年是氯化法时代，21世纪是盐酸法生产二氧化钛的时代。
具体实施例方式
下面通过一个具体的实施例，对盐酸法生产高纯度纳米二氧化钛工艺步骤进行叙述(以生产100公斤高纯度钠米二氧化钛计)(1)采用含二氧化钛90％以上的含钛物质如钛精矿或金红石为原料，将该原料150公斤粉碎后与矿化剂如碳酸钠与碳酸氢钠(或者等同物-氢氧化钠、氢氧化钾以及碳酸钾、碳酸氢铵等均可)1∶1混合后的150公斤混合料在粉料混合器内混合搅拌均匀后放在高温炉中在850℃温度下进行焙烧，时间为2小时，然后自然冷却；(2)将冷却后的混合物放入洗涤罐内并向洗涤罐内通以自来水对混合物进行冲洗，使混合物达到中性，然后通过真空吸滤器进行过滤以除去其内含的游离碱，并形成滤饼；(3)将该滤饼放到烘干加热器内在100℃左右温度条件下将滤饼进行烘干得干粉，将该干粉粉碎后放入衬氟酸解反应釜中加入36％的工业盐酸600公斤，在90℃温度下酸解3小时，得到778公斤含二氧化钛180g/l左右的氯氧化钛溶液；(4)将氯氧化钛溶液放入衬氟真空浓缩反应釜内在真空度为0.05-0.09Mpa、温度为50℃条件下进行浓缩，得到氯氧化钛浓缩液478公斤，这当中有约300公斤的盐酸被回收；(5)将该氯氧化钛浓缩液放在防腐萃取罐内采用萃取剂磷酸三丁酯或磷酸三丁酯与煤油组成的萃取剂进行萃取分离纯化，以得到较纯净的氯氧化钛浓缩液；(6)将该氯氧化钛浓缩液放在衬氟水解反应釜中缓慢搅拌并加热该浓缩液至70℃，此时加入纳米晶种，该钠米晶种浓度为30g/l左右，其加入量为上述浓缩液中二氧化钛总量的4％，实际加入该钠米晶种为18.7升即可。继续搅拌并迅速加热使温度达到100℃，继续水解1小时，加入90℃的蒸馏水200公斤进行稀释水解20分钟，得到纳米水合二氧化钛；(7)将该水合二氧化钛放入沉降罐进行沉降、水洗、抽干，并在100℃下进行烘干，得到123公斤纳米二氧化钛干粉；(8)将该二氧化钛干粉在650℃温度下进行焙烧，得到纯度在99.80％以上、钠米颗粒20～100nm的二氧化钛粉体成品100公斤。
上述工艺中所采用的矿化剂为钠或钾的氢氧化物、钠或钾或铵的碳酸盐或碳酸氢盐，且钠或钾的氢氧化物、钠或钾或铵的碳酸盐、碳酸氢盐的加入量分别为钛化物/钠或钾的氢氧化物＝1/0.5重量比，钛化物/钠或钾或铵的碳酸盐、碳酸氢盐＝1/1～3重量比。
氯氧化钛溶液在萃取罐内所使用的萃取剂为磷酸三丁酯或磷酸三丁酯与煤油组成的萃取剂，以得到较纯净的氯氧化钛溶液。
所述的钠米晶种为含二氧化钛20～40％的市售产品，其添加量为氯氧化钛溶液总量的2～5％。
权利要求
1.一种盐酸法生产高纯度纳米二氧化钛工艺，其特征在于其工艺步骤为(1)采用含二氧化钛90％以上的含钛物质为原料，将该原料粉碎后与矿化剂在粉料混合器内混合搅拌均匀后，在200～950℃温度下进行焙烧，时间为1～8小时，然后自然冷却；(2)将自然冷却后的混合物放入洗涤罐内并向洗涤罐内通以自来水进行搅拌使混合物洗至中性，然后通过真空吸滤器进行过滤，形成滤饼；(3)将该滤饼放到烘干加热器内在100℃左右温度条件下将滤饼进行烘干得干粉，将该干粉粉碎后放入酸解反应釜中加入30～36％的工业盐酸，在50～100℃温度下酸解1～5小时，得到氯氧化钛溶液；(4)将氯氧化钛溶液放入真空浓缩反应釜内在真空度为0.05-0.09Mpa、温度为40～60℃条件下进行浓缩，得到氯氧化钛浓缩液；(5)将该氯氧化钛浓缩液放在防腐萃取罐内采用萃取剂进行萃取分离纯化，得到较纯净的氯氧化钛浓缩液；(6)将该氯氧化钛浓缩液放在水解反应釜中缓慢搅拌并加热该浓缩液至65～75℃，此时加入纳米晶种，继续搅拌并迅速加热使温度达到95～110℃，在此温度下继续水解0.5～1.5小时，加入85～95℃的蒸馏水进行稀释水解15～30分钟，得到纳米水合二氧化钛；(7).将该水合二氧化钛放入沉降罐进行沉降、水洗、抽干并进行烘干，并将该二氧化钛干粉在250～850℃温度下进行焙烧，形成的干粉即高纯度纳米二氧化钛成品。
2.根据权利要求1所述的盐酸法生产高纯度纳米二氧化钛工艺，其特征在于所述的矿化剂为钠或钾的氢氧化物、钠或钾或铵的碳酸盐或碳酸氢盐。
3.根据权利要求1所述的盐酸法生产高纯度纳米二氧化钛工艺，其特征在于所述的酸解、真空浓缩和水解的反应釜均为衬氟反应釜；
4.根据权利要求1所述的盐酸法生产高纯度纳米二氧化钛工艺，其特征在于氯氧化钛溶液在真空浓缩反应釜内所使用的萃取剂为磷酸三丁酯或磷酸三丁酯与煤油组成的混合物。
5.根据权利要求1所述的盐酸法生产高纯度纳米二氧化钛工艺，其特征在于所述的钠米晶种为含二氧化钛20～40％的市售产品，其添加量为氯氧化钛溶液中所含二氧化钛量的2～5％。
6.根据权利要求1或2所述的盐酸法生产高纯度纳米二氧化钛工艺，其特征在于所述的矿化剂为钠或钾的氢氧化物、钠或钾或铵的碳酸盐、碳酸氢盐的加入量分别为含钛物质/钠或钾的氢氧化物＝1/0.5重量比，含钛物质/钠或钾或铵的碳酸盐、碳酸氢盐＝1/1～3重量比。
全文摘要
本发明属于化工领域一种盐酸法生产高纯度纳米二氧化钛工艺。主要技术要点是对含钛物质(二氧化钛含量90％以上，其中包括各种钛矿石)先用矿化物处理再用盐酸溶解，取得氯氧化钛溶液，经纯化，在常压条件下水解得到纯度较高的偏钛酸，然后经低温焙烧脱水，得到一种价廉、高纯度纳米二氧化钛。整个工艺比较简单，生产过程中污染比较小，不需在高温焙烧下转型的工艺，要求使用的设备比较简单，生产成本比较低，产品的性能比较好，是目前国内外生产高纯度纳米二氧化钛工艺中很有发展前景的方法。
文档编号C01G23/047GK1689975SQ20041001908
公开日2005年11月2日 申请日期2004年4月27日 优先权日2004年4月27日
发明者田福祯, 王福元, 于永顺, 倪丽琴, 刘治虎, 杨迎花, 高淑萍, 郭敏杰, 王明亮, 何恩萍, 周辰 申请人:天津科技大学