一种非涂料用金红石型钛白粉的生产方法与流程

本发明涉及钛白粉制备领域，具体涉及一种非涂料用金红石型钛白粉的生产

方法。

背景技术：

钛白粉(英文名称：titaniumdioxide)，主要成分为二氧化钛(tio2)的白色颜料，钛白粉被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。二氧化钛在自然界有三种结晶形态：金红石型、锐钛型和板钛型，金红石型是二氧化钛最稳定的结晶形态，结构致密，与锐钛型相比有较高的硬度、密度、介电常数与折光率，具有更高的遮盖力和抗失光性及抗粉化性，不但具有稳定的物理化学性质，而且还具有优良的光学、电学特性和卓越的颜料性能，金红石型钛白粉被广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、陶瓷、化妆品以及食品添加和医药等领域。

目前，国内生产二氧化钛的方法主要有硫酸法和氯化法。氯化法以tio2含量85%以上的高钛渣（或金红石精矿）为原料，经氯化、精制和氧化工序，得到金红石型二氧化钛。该方法工艺流程短，连续化自动化程度高，“三废”排放量少，产品优质，但其缺点是对原料质量要求高，研发技术难度大，目前只有少数几个公司掌握此项技术（杜邦、美联化学等），设备投资费用高。

硫酸法以钛精矿（tio2含量45%～50%）和酸溶性钛渣（tio2含量约75%）为原料，经酸解、钛液制备、水解、煅烧和后处理工序，得到锐钛型或金红石型二氧化钛。该方法技术成熟，设备投资费用低，但工艺流程长，“三废”排放量大。硫酸法工艺经冷冻结晶分离亚铁后的稀钛液tio2浓度一般约150g/l，为制备合格的颜料级钛白，必须将此稀钛液进行真空浓缩，直至浓缩到tio2200±5g/l（加压水解用）或tio2215～230g/l（常压水解用）为止，造成工艺流程复杂；此外生产金红石型二氧化钛时需添加大量金红石煅烧晶种，且进行长时间的高温煅烧（＞950℃），能耗大，对设备的损伤大，而且晶种的金红石化率低、金红石初品品质不高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种非涂料用金红石型钛白粉的生产方法，该方法工艺简单，酸解后的钛液不经过浓缩即可进行水解，能耗低，而且煅烧温度低，减轻了对设备的损伤，而通过在制备晶种时加入晶型促进剂并在煅烧结束后保温3小时这两个环节，能促使生产得到的钛白粉往金红石转化，金红石转化率高，从而得到高金红石含量的非涂料用金红石型钛白粉。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种非涂料用金红石型钛白粉的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）精选原料：控制钛矿中p205质量百分含量小于0.05%；

（2）钛液制备：按常规工艺将将硫酸加入到钛矿中，经酸解、沉降、冷冻、结晶及亚铁的分离工艺后得到钛液，钛液不经过浓缩，得到的钛液的相关指标如下：tio2浓度：140±10g/l，f值：1.85～2.05；铁钛比：0.30～0.45；澄清度：一级沉清；三价钛含量：0.5～1.5g/l；稳定性：≥300；

（3）钛液预热：按工艺指标配好并计量好(按每个水解锅所需钛液的体积)的钛液打进水解预热锅，并通入蒸汽进行加热（钛液预热）；同时按每锅水解钛液量体积的2.2%计量往晶种钛液预热槽打入钛液；晶种制备槽打入碱液，同时加入晶型促进剂，按水解钛液（m³）：晶型促进剂（kg）=2.5：1～1.2的比例加入，开启搅拌；

（4）制作晶种：当钛液预热锅钛液温度升到75℃时，启动晶种钛液预热槽搅拌并打开蒸汽进口阀，给晶种钛液升温；并打开蒸汽进口阀，给晶种制备槽内的碱液升温，并保持碱液温度在84-87℃；待晶种钛液升温至84-87℃时，打开晶种钛液预热槽放料阀把预热好的钛液放入晶种制备槽，控制放料时间5-8分钟，放完晶种钛液后继续加热晶种制备槽里的物料至95-97℃时停止加热，制得晶种；

（5）加入晶种：在晶种制作过程中水解预热锅的钛液继续升温，并控制在95-97℃，等待晶种做好（等待时间不要太长，一定要让预热锅的钛液先升温到95-97℃，绝不能先制作得到晶种再等钛液升温到95-97℃），把做好的晶种快速加进预热好的钛液中，加完后搅拌10-15分钟，打开水解预热锅放料阀，把水解预热锅的钛液放到水解锅内，同时启动水解锅搅拌，当钛液接触到水解锅内的加热蒸汽管时，开启小蒸汽给水解钛液升温；

（6）水解：待水解预热锅钛液放完后，加大蒸汽进口阀，使水解钛液快速达到沸腾开始水解，水解钛液沸腾后，调节小蒸汽，防止过渡沸腾；保持微沸状态120-150分钟，水解结束，关掉蒸汽阀；

（7）冲洗：放料结束后，冲洗干净钛液水解预热锅、晶种钛液预热槽和晶种制备槽，其冲洗液排入淡白水槽；冲洗完毕，关闭水解预热锅和晶种制作槽放料阀、各阀门恢复正常；

（8）洗涤：按现有工艺将水解后的产物偏钛酸进行洗涤，洗涤时间保持40-60分钟，洗涤至终点时保证滤饼铁含量≤0.03%；

（9）煅烧：将洗涤合格的滤饼用去离子水打浆，控制浆浓度为300±20克/升，经压滤机压干后，控制滤饼重量含水量在45-55%，输送到回转窑，于860℃下煅烧干燥，控制落窑品硫含量小于0.05%，煅烧后将物料放入一个温度控制在860℃的恒温罐中进行恒温放置3小时后，物料从罐顶连续进入,从罐底连续排出，再进入冷却窑进行冷却,最后经粉碎、包装，得到非涂料用金红石型钛白粉。

上述的非涂料用金红石型钛白粉的生产方法中，所述的碱液是浓度为60g/l的氢氧化钠溶液，碱液的加入量为晶种钛液量体积的32～35%。

上述的非涂料用金红石型钛白粉的生产方法，步骤（3）中所用的晶型促进剂为锌盐或锡盐，具体包括氯化亚锡、硫酸锌、氯化锌等，或者氯化亚锡、硫酸锌、氯化锌的酯化复合物，如松香酸锌等，所述的晶型促进剂也可以采用成都跃新科技研究所（地址在中国四川成都市高新区天府大道中段177号25-1-28-1室）生产的名为“理系晶型稳定剂”的产品，该“理系晶型稳定剂”为复合型晶型促进剂，为有机物多元醇与无机盐复合而成。

所述的非涂料用金红石型钛白粉的生产方法，生产得到的非涂料用金红石型钛白粉中金红石含量≥90%。而且采用本发明方法生产得到的非涂料用金红石型钛白粉符合下表1中的各项检验指标。

本发明的有益效果为：

1、本发明提供的非涂料用金红石型钛白粉的生产方法，该方法在非涂料用搪瓷钛白粉生产方法的基础上进行生产非涂料用金红石型钛白粉，工艺简单，酸解后的钛液不经过浓缩即可进行水解，能耗低，而且煅烧温度低，减轻了对设备的损伤，大大降低了生产成本，在煅烧结束后通过将钛白粉在保温罐中保温反应3小时，能促使生产得到的钛白粉往金红石转化，金红石转化率高，从而得到高金红石含量的非涂料用金红石型钛白粉。采用本发明方法生产得到的非涂料用金红石型钛白粉中金红石含量≥90%，且符合非涂料用金红石型钛白粉的各项检验指标。

2、本发明通过在制备晶种时加入晶型促进剂，能起到较强的晶型转化促进作用，促使产品往金红石转化，在水解过程中加入晶种能够诱导热水解反应的正确进行，诱导钛液水解成具有金红石型预结构的偏钛酸；使得所生产的钛白粉，可以在更低的煅烧温度下转化成为金红石型钛白粉；而且本发明所用到的晶型促进剂是可溶性的，不会对产品的纯度造成影响。

3、目前所有的钛白粉生产方法煅烧过程都没有保温这个环节，所以用生产搪瓷钛白粉的方法进行生产所得的钛白粉的金红石含量都很低，要想提高金红石含量只有提高煅烧温度，而本发明核心在于在生产搪瓷钛白粉的基础上增加了添加晶型促进剂和煅烧结束保温3小时这两个环节，通过这两个工艺步骤的改进，生产得到的钛白粉具有较强的金红石转化趋势，在较低能耗的情况下，可生产得到高金红石含量的非涂料用金红石型钛白粉。本发明通过改变工艺使生产得到的非涂料用金红石型钛白粉质量稳定，具有纯度高、白度好、粒径均匀和较高消色力的特点，与传统的常规产品相比，具有生产成本低，质量稳定等优点，深受广大客户的欢迎，适合应用于搪瓷、陶瓷、电子、冶金等工业部门。

附图说明

图1是本发明非涂料用金红石型钛白粉的生产方法中煅烧工艺的装置示意图；

图2是本发明非涂料用金红石型钛白粉的生产方法中所用到的恒温罐的结构示意图；

图中标号的名称如下：

1、煅烧回转窑，2、恒温罐，3、冷却窑，4、恒温罐罐盖，5、电极，6、瓷管，7、恒温罐罐体，8、出料转盘，9、出料口，10、出料调节板，11、出水管，12、落料管，13、传动装置，14、机架，15、转轴，16、接水盘，17、冷却水套，18、进水管，19、接料盘，20、耐火砖，21硅酸铝针刺毡。

具体实施方式

实施例1

一种非涂料用金红石型钛白粉的生产方法，包括以下步骤：

（1）精选原料：控制钛矿中p205质量百分含量小于0.05%；

（2）钛液制备：按常规工艺将将硫酸加入到钛矿中，经酸解、沉降、冷冻、结晶及亚铁的分离工艺后得到钛液，钛液不经过浓缩，得到的钛液的相关指标如下：tio2浓度：140±10g/l，f值：1.85～2.05；铁钛比：0.30～0.45；澄清度：一级沉清；三价钛含量：0.5～1.5g/l；稳定性：≥300；

（3）钛液预热：按工艺指标配好并计量好的钛液打进水解预热锅，并通入蒸汽进行加热；同时按每锅水解钛液量体积的2.2%计量往晶种钛液预热槽打入钛液；晶种制备槽打入碱液，所述的碱液是浓度为60g/l的氢氧化钠溶液，碱液的加入量为晶种钛液量体积的32%；同时加入晶型促进剂，按水解钛液（m³）:晶型促进剂（kg）=2.5:1的比例加入，开启搅拌；所述的晶型促进剂为氯化亚锡；

（4）制作晶种：当钛液预热锅钛液温度升到75℃时，启动晶种钛液预热槽搅拌并打开蒸汽进口阀，给晶种钛液升温；并打开蒸汽进口阀，给晶种制备槽内的碱液升温，并保持碱液温度在84℃；待晶种钛液升温至84℃时，打开晶种钛液预热槽放料阀把预热好的钛液放入晶种制备槽，控制放料时间5分钟，放完晶种钛液后继续加热晶种制备槽里的物料至95℃时停止加热，制得晶种；

（5）加入晶种：在晶种制作过程中水解预热锅的钛液继续升温，并控制在95℃，等待晶种做好，把做好的晶种快速加进预热好的钛液中，加完后搅拌10分钟，打开水解预热锅放料阀，把水解预热锅的钛液放到水解锅内，同时启动水解锅搅拌，当钛液接触到水解锅内的加热蒸汽管时，开启小蒸汽给水解钛液升温；

（6）水解：待水解预热锅钛液放完后，加大蒸汽进口阀，使水解钛液快速达到沸腾开始水解，水解钛液沸腾后，调节小蒸汽，防止过渡沸腾；保持微沸状态120分钟，水解结束，关掉蒸汽阀；

（7）冲洗：放料结束后，冲洗干净钛液水解预热锅、晶种钛液预热槽和晶种制备槽，其冲洗液排入淡白水槽；冲洗完毕，关闭水解预热锅和晶种制作槽放料阀、各阀门恢复正常；

（8）洗涤：按现有工艺将水解后的产物偏钛酸进行洗涤，洗涤时间保持40分钟，洗涤至终点时保证滤饼铁含量≤0.03%；

（9）煅烧：将洗涤合格的滤饼用去离子水打浆，控制浆浓度为280克/升，经压滤机压干后，控制滤饼重量含水量在45%，输送到回转窑，于860℃下煅烧干燥，控制落窑品硫含量小于0.05%，煅烧后将物料放入一个温度控制在860℃的恒温罐中进行恒温放置3小时后，物料从罐顶连续进入,从罐底连续排出，再进入冷却窑进行冷却,最后经粉碎、包装，得到非涂料用金红石型钛白粉；生产得到的非涂料用金红石型钛白粉中金红石含量≥90%。

实施例2

一种非涂料用金红石型钛白粉的生产方法，包括以下步骤：

（1）精选原料：控制钛矿中p205质量百分含量小于0.05%；

（2）钛液制备：按常规工艺将将硫酸加入到钛矿中，经酸解、沉降、冷冻、结晶及亚铁的分离工艺后得到钛液，钛液不经过浓缩，得到的钛液的相关指标如下：tio2浓度：140±10g/l，f值：1.85～2.05；铁钛比：0.30～0.45；澄清度：一级沉清；三价钛含量：0.5～1.5g/l；稳定性：≥300；

（3）钛液预热：按工艺指标配好并计量好的钛液打进水解预热锅，并通入蒸汽进行加热；同时按每锅水解钛液量体积的2.2%计量往晶种钛液预热槽打入钛液；晶种制备槽打入碱液，所述的碱液是浓度为60g/l的氢氧化钠溶液，碱液的加入量为晶种钛液量体积的33%；同时加入晶型促进剂，按水解钛液（m³）:晶型促进剂（kg）=2.5:1.1的比例加入，开启搅拌；所述的晶型促进剂为锌盐（硫酸锌或氯化锌）；

（4）制作晶种：当钛液预热锅钛液温度升到75℃时，启动晶种钛液预热槽搅拌并打开蒸汽进口阀，给晶种钛液升温；并打开蒸汽进口阀，给晶种制备槽内的碱液升温，并保持碱液温度在86℃；待晶种钛液升温至86℃时，打开晶种钛液预热槽放料阀把预热好的钛液放入晶种制备槽，控制放料时间7分钟，放完晶种钛液后继续加热晶种制备槽里的物料至96℃时停止加热，制得晶种；

（5）加入晶种：在晶种制作过程中水解预热锅的钛液继续升温，并控制在96℃，等待晶种做好，把做好的晶种快速加进预热好的钛液中，加完后搅拌12分钟，打开水解预热锅放料阀，把水解预热锅的钛液放到水解锅内，同时启动水解锅搅拌，当钛液接触到水解锅内的加热蒸汽管时，开启小蒸汽给水解钛液升温；

（6）水解：待水解预热锅钛液放完后，加大蒸汽进口阀，使水解钛液快速达到沸腾开始水解，水解钛液沸腾后，调节小蒸汽，防止过渡沸腾；保持微沸状态140分钟，水解结束，关掉蒸汽阀；

（7）冲洗：放料结束后，冲洗干净钛液水解预热锅、晶种钛液预热槽和晶种制备槽，其冲洗液排入淡白水槽；冲洗完毕，关闭水解预热锅和晶种制作槽放料阀、各阀门恢复正常；

（8）洗涤：按现有工艺将水解后的产物偏钛酸进行洗涤，洗涤时间保持50分钟，洗涤至终点时保证滤饼铁含量≤0.03%；

（9）煅烧：将洗涤合格的滤饼用去离子水打浆，控制浆浓度为300克/升，经压滤机压干后，控制滤饼重量含水量在50%，输送到回转窑，于860℃下煅烧干燥，控制落窑品硫含量小于0.05%，煅烧后将物料放入一个温度控制在860℃的恒温罐中进行恒温放置3小时后，物料从罐顶连续进入,从罐底连续排出，再进入冷却窑进行冷却,最后经粉碎、包装，得到非涂料用金红石型钛白粉；生产得到的非涂料用金红石型钛白粉中金红石含量≥90%。

实施例3

一种非涂料用金红石型钛白粉的生产方法，包括以下步骤：

（1）精选原料：控制钛矿中p205质量百分含量小于0.05%；

（2）钛液制备：按常规工艺将将硫酸加入到钛矿中，经酸解、沉降、冷冻、结晶及亚铁的分离工艺后得到钛液，钛液不经过浓缩，得到的钛液的相关指标如下：tio2浓度：140±10g/l，f值：1.85～2.05；铁钛比：0.30～0.45；澄清度：一级沉清；三价钛含量：0.5～1.5g/l；稳定性：≥300；

（3）钛液预热：按工艺指标配好并计量好的钛液打进水解预热锅，并通入蒸汽进行加热；同时按每锅水解钛液量体积的2.2%计量往晶种钛液预热槽打入钛液；晶种制备槽打入碱液，所述的碱液是浓度为60g/l的氢氧化钠溶液，碱液的加入量为晶种钛液量体积的35%；同时加入晶型促进剂，按水解钛液（m³）：晶型促进剂（kg）=2.5：1.2的比例加入，开启搅拌；所述的晶型促进剂为成都跃新科技研究所生产的名为“理系晶型稳定剂”的产品；

（4）制作晶种：当钛液预热锅钛液温度升到75℃时，启动晶种钛液预热槽搅拌并打开蒸汽进口阀，给晶种钛液升温；并打开蒸汽进口阀，给晶种制备槽内的碱液升温，并保持碱液温度在87℃；待晶种钛液升温至87℃时，打开晶种钛液预热槽放料阀把预热好的钛液放入晶种制备槽，控制放料时间8分钟，放完晶种钛液后继续加热晶种制备槽里的物料至97℃时停止加热，制得晶种；

（5）加入晶种：在晶种制作过程中水解预热锅的钛液继续升温，并控制在97℃，等待晶种做好，把做好的晶种快速加进预热好的钛液中，加完后搅拌15分钟，打开水解预热锅放料阀，把水解预热锅的钛液放到水解锅内，同时启动水解锅搅拌，当钛液接触到水解锅内的加热蒸汽管时，开启小蒸汽给水解钛液升温；

（6）水解：待水解预热锅钛液放完后，加大蒸汽进口阀，使水解钛液快速达到沸腾开始水解，水解钛液沸腾后，调节小蒸汽，防止过渡沸腾；保持微沸状态150分钟，水解结束，关掉蒸汽阀；

（7）冲洗：放料结束后，冲洗干净钛液水解预热锅、晶种钛液预热槽和晶种制备槽，其冲洗液排入淡白水槽；冲洗完毕，关闭水解预热锅和晶种制作槽放料阀、各阀门恢复正常；

（8）洗涤：按现有工艺将水解后的产物偏钛酸进行洗涤，洗涤时间保持60分钟，洗涤至终点时保证滤饼铁含量≤0.03%；

（9）煅烧：将洗涤合格的滤饼用去离子水打浆，控制浆浓度为320克/升，经压滤机压干后，控制滤饼重量含水量在55%，输送到回转窑(煅烧窑)，于860℃下煅烧干燥，控制落窑品硫含量小于0.05%，煅烧后将物料放入一个温度控制在860℃的恒温罐中进行恒温放置3小时后，物料从罐顶连续进入,从罐底连续排出，再进入冷却窑进行冷却,最后经粉碎、包装，得到非涂料用金红石型钛白粉；生产得到的非涂料用金红石型钛白粉中金红石含量≥90%。

本发明非涂料用金红石型钛白粉的生产方法中煅烧工艺的装置示意图如图1所示；从图1可见，煅烧工艺的装置包括煅烧回转窑1、恒温罐2和冷却窑3，煅烧回转窑1的出料口与恒温罐2的顶部进料端相连接，恒温罐2底部的出料口与冷却窑3的进料口相连接；将偏钛酸输送到煅烧回转窑1中进行煅烧干燥，煅烧干燥后得到的物料从煅烧回转窑1的出料口进入恒温罐2的顶部进料口，物料装满恒温罐2后，开始从恒温罐底部的出料口处放出，之后物料不断从恒温罐2罐顶连续进入,从罐底连续排出，历时3小时，物料从恒温罐2排出后，再进入冷却窑3中进行冷却,最后经粉碎、包装，即得到非涂料用金红石型钛白粉。

其中所述的恒温罐2的结构示意图如图2所示，所述的恒温罐2包括恒温罐罐盖4和恒温罐罐体7，恒温罐罐体7的外表面从里到外设置有一层耐火砖20和一层硅酸铝针刺毡21，耐火砖层的中间还设有一层电极5，通过对电极5进行通电加热能使得恒温罐2保持在恒温状态，硅酸铝针刺毡21能起到保温隔热的作用；电极5超出恒温罐罐体7的部分其外围安装有瓷管6，恒温罐罐体7的底部设有出料转盘8，出料转盘8旁设有出料口9，出料口9处安装有出料调节板10，出料口9下面安装有接料盘19，接料盘19连接有落料管12，机架14安装在恒温罐2的下方，机架14下部设有传动装置13，机架14与恒温罐2的底部之间有转轴15连接，转轴15与传动装置13相连，通过传动装置13带动转轴15运行从而带动出料转盘8运行，机架14上部与恒温罐2底部之间连接的转轴的外部安装有冷却水套17，起到冷却作用，冷却水套17的上部设有进水管18，外部设有接水盘16，接水盘16的下部设有出水管11，冷却水从进水管18中进入冷却水套17，从出水管11中排出。