本发明属于硫酸法生产钛白粉的技术，具体涉及对钛白粉进行无机包覆以及有机包覆，提高产品在塑料色母粒体系具有更好的应用性能的色母级钛白粉的制备方法。
背景技术：
钛白粉的物理化学性质稳定，并具有最佳的不透明性、白度和最高的光亮度，是当今世界无可替代、性能最优异的白色颜料，其广泛应用于涂料、塑料、造纸、油墨等行业。
钛白粉的生产方法主要有硫酸法和氯化法。其中硫酸法生产钛白粉的主要原料是钛铁矿和硫酸，基本工艺流程包括：偏钛酸的制备、偏钛酸漂白漂洗、盐处理、煅烧粉粹、后处理等阶段。偏钛酸的制备主要是用工业硫酸分解经磁选、干燥、磨细后的钛铁矿，加水浸取、加铁粉还原后制成钛液，经沉降、过滤分离掉硫酸亚铁、胶质等固体杂质，制成清钛液，再浓缩、水解制成偏钛酸(水合二氧化钛)。
塑料是钛白粉的第二大应用领域，钛白粉作为塑料填料的基本颜料，除要求具有良好的光泽度、遮盖力和消色力等常规颜料性能外，在色母粒制备过程中要求具有非常好的表面湿润性能，与塑料其它助剂混合时要求具有良好的分散效果和优良的热加工性能，在塑料成型过程中具有良好的耐热性，在日光曝晒过程中具有良好的耐光性，所以钛白粉的后续加工性能中，如耐温性成为了塑料用钛白粉的关键技术指标。要得到优异的加工性能，除了对钛白粉进行无机包膜处理外，还必须对其进行有机包膜处理，其中有机包膜处理直接决定了钛白粉的耐温性能。
常见的有机包膜剂主要分为多元醇类、有机硅类和有机胺类三大类。硫酸法通用钛白和涂料级钛白常使用多元醇类作为有机包膜剂，国内色母级钛白粉经常使用小分子有机硅作为有机包膜剂，但是这类有机物存在耐温性差、容易黄变，加工性能差等问题。
国内目前对色母级钛白粉的现有研究和产品制造不多，现有厂家通过对钛白粉的有机处理剂的选择，进行色母粒钛白粉的制备，如：CN200810045510.5公开了提出采用一种特殊的有机硅材料，对钛白粉进行有机包膜处理，得到具有高分散性、耐黄变性和高加工性能的钛白粉的方法。通过我们在试验室试验表明，色母粒用钛白粉采用何种有机处理很重要，但钛白粉的无机包膜影响也很大，如果不将二者统一兼顾，其在塑料色母粒体系的白度、分散性、遮盖力、加工转矩性得不到保证。
另外钛白粉非常关键的一个基本颜料性能指标是白度，白度是钛白粉的一个光学性质，是人们感觉白色颜料的光亮强度和色调两种光学效果，表示吸收和反射自然光之间的比量，是对自然光中不同波长的光波吸收和反射程度的标志，能对自然光波中红、橙、黄、绿、靛、蓝、紫七种光波普遍而均匀的反射呈现白色。根据Kubelka-Munk理论，无限厚的涂膜(不透明膜)的亮度或反射率R与颜料对光的吸收系数K和散射系数S之比(K/S)成反比，即K减少或S增大，白度和亮度就增大。因此，在钛白的实际生产过程中，主要通过调整和控制二氧化钛的粒径和粒径分布来增强分散性，并提高S；以及尽可能地减少二氧化钛中的杂质含量，并提高化学纯度，避免二氧化钛出现晶格缺陷，从而降低K的方式，来获得良好的白度。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是：在现有技术基础上，通过添加锌盐、钾盐、磷盐盐处理配方来实现对金红石钛白粉粒度和粒度分布的有效控制，并通过无机和有机包覆结合方式，从而得到一种高白度高耐温色母级钛白粉。
本发明的技术方案如下：
一种高白度高耐温色母级钛白粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)将偏钛酸进行一次水洗，添加0.8g/L的Ti3+和硫酸进行漂白，再进行二次水洗，充分洗掉滤饼中的铁离子，洗涤完成后压滤得到铁含量低于15ppm的偏钛酸滤饼；
(2)将偏钛酸滤饼打浆分散制得200-400g/L浓度的料浆后，用锌盐、钾盐和磷盐进行组合盐处理，然后在950-980℃煅烧得到金红石转化率为94-98％的窑下物；
(3)将煅烧窑下物添加水和硅酸钠作分散剂制备成300-700g/L的料浆后，通过球磨机粗粉碎和砂磨机细粉碎后获得分散良好的浆料后，用水调节浓度至200-400g/L和pH值至8.0-10.0；
(4)将上述料浆用偏铝酸钠进行无机包膜处理，包膜剂添加量以Al2O3计，为TiO2质量的1.0-2.0％；
(5)将包膜后的料浆进行压滤和脱盐水洗涤，滤饼进行闪蒸干燥；
(6)把闪蒸干燥后的物料进行气流粉碎，并在气流粉碎时加入有机包膜剂，然后在汽粉袋滤器收集经过充分粉碎和有机包膜的粉末，获得所述的二氧化钛颜料，该产品在细小二氧化钛颗粒的表面上包覆有聚合类有机膜，所述颜料中二氧化钛TiO2含量范围为97～99％，C元素含量范围为0.05-0.2％。
其中，步骤(2)所述的煅烧窑下物的晶体结构中嵌有锌盐、钾盐和磷盐，所述盐处理采用硫酸锌、碳酸钾和磷酸的组合实现盐处理；
步骤(2)所述的盐处理中锌盐其加入量以ZnO质量计，为TiO2质量的0.05-0.2％；
步骤(2)所述的盐处理中钾盐其加入量以K2O质量计，为TiO2质量的0.25-0.45％；
步骤(2)所述的盐处理中磷盐其加入量以P2O5质量计，为TiO2质量的0.2-0.4％；
步骤(6)中的有机包膜剂，是指两端甲基封端的粘度为50-500cp的聚二甲基硅氧烷，添加量是钛白粉中碳含量的0.05％-0.2％。
步骤(1)中漂白漂洗主要是洗掉Fe2+，因为在水洗过程中随着pH值升高，Fe2+会氧化成Fe3+，三价铁在pH＞2.5时会水解而沉淀为胶体氢氧化铁，吸附在偏钛酸中，从而影响产品白度，为此需要将水洗后的偏钛酸用锌粉、铝粉或三价钛溶液进行漂白处理，将三价铁还原为低价的硫酸亚铁用水洗去，同时也可除去偏钛酸中吸附的铬、钒等杂质。若使用一次水洗方法除铁，长时间水洗也难以完全除去杂质铁。工业上常用的漂白方法有锌粉-硫酸、铝粉-硫酸及三价钛-硫酸漂白法，其中三价钛漂白由于对产品不产生二次污染而广泛采用，所以本发明采用的是三价钛-硫酸漂白法。
钛液水解生成的偏钛酸经洗涤去除杂质离子后，若不进行盐处理而直接送至回转窑煅烧，成品的白度、消色力、吸油量、遮盖力等远远达不到钛白颜料质量要求。然而同样的偏钛酸经过适当的盐处理和煅烧就会生产出高颜料性能的成品，大大提高经济效益，所以在钛白生产中盐处理阶段不可忽视。事实上，对于偏钛酸质量和成品质量的不同要求，加入盐处理的种类和数量是不同的。实验证明偏钛酸在煅烧前加入磷酸盐，使偏钛酸中的铁杂质在高温煅烧时氧化变成灰黄色的磷酸铁，相对比棕红色氧化铁对产品白度影响要小一些，因此能部分隐蔽杂质铁的显色，可间接提高产品的白度，钾盐可使煅烧后颗粒疏松，调整金红石晶型，锌盐可以起到抑制粒子晶型快速转化，有利于粒子在晶型转化过程中慢速均匀长大，达到改善粒径分布和圆滑粒子形貌的作用。
本发明的优点在于通过工艺条件的严格控制，采用锌盐、钾盐和磷盐进行组合盐处理，及根据盐处理配方的不同来调节煅烧强度，从而实现钛白粉粗品的原级粒径和粒度分布的有效控制，提高钛白粉白度，并通过无机包覆方式，在二氧化钛颗粒表面包覆一层薄薄的氧化铝膜，使包膜后三洗洗涤时，料浆不会大量穿滤，同时因包覆量较少，使二氧化钛具有较好的遮盖性、润滑性、分散性，再通过硅氧烷的进一步有机包膜处理，使二氧化钛在塑料色母粒体系具有很高的耐黄变形和更高应用性能。
具体实施方式
下面对本发明作详细的说明
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定于本发明。
实施例1：
(1)将偏钛酸经过一次水洗，添加Ti3+和硫酸进行漂白，再进行二次水洗，洗涤完成后压滤得到铁含量低于10ppm的偏钛酸滤饼；
(2)将偏钛酸滤饼打浆分散制得300g/L浓度的料浆后，用锌盐、钾盐和磷盐进行组合盐处理，硫酸锌、碳酸钾和磷酸的加入量分别为0.05％、0.35％、0.3％(基于二氧化钛的质量分数，加入量分别以氧化物ZnO，K2O，P2O5的质量计)，然后在950℃煅烧得到金红石转化率为94％的窑下物；
(3)煅烧后的金红石型窑下物添加水和硅酸钠作分散剂制备成500g/L的料浆后，进入球磨机进行粗磨，然后进入砂磨机进行细粉碎，接着用水调节料浆浓度至200g/L和pH值至9.0后；
(4)进行偏铝酸钠无机包膜处理，包覆剂添加量以Al2O3质量计，为TiO2质量的1.0％；
(5)将包膜后的物料进行压滤和脱盐水洗涤，滤饼进行闪蒸干燥；
(6)把闪蒸干燥后的物料进行气流粉碎，在气流粉碎时，加入有机硅氧烷，然后在汽粉袋滤器收集经过充分粉碎和有机包膜的粉体，获得所述二氧化钛颜料，碳含量为TiO2质量的0.1％。
实施例2
(1)将偏钛酸经过一次水洗，添加Ti3+和硫酸进行漂白，再进行二次水洗，洗涤完成后压滤得到铁含量低于10ppm的偏钛酸滤饼；
(2)将偏钛酸滤饼打浆分散制得200g/L浓度的料浆后，用锌盐、钾盐和磷盐进行组合盐处理，硫酸锌、碳酸钾和磷酸的加入量分别为0.2％、0.25％、0.20％(基于二氧化钛的质量分数，加入量分别以氧化物ZnO，K2O，P2O5的质量计)，然后在950℃煅烧得到金红石转化率为96％的窑下物；
(3)煅烧后的金红石型窑下物添加水和硅酸钠作分散剂制备成300g/L的料浆后，进入球磨机进行粗磨，然后进入砂磨机进行细粉碎，接着用水调节料浆浓度至300g/L和pH值至8.0后；
(4)进行无机包膜处理，包覆剂添加量以Al2O3质量计，为TiO2质量的1.5％；
(5)将包膜后的物料进行压滤和脱盐水洗涤，滤饼进行闪蒸干燥；
(6)把闪蒸干燥后的物料进行气流粉碎，在气流粉碎时，加入有机硅氧烷，然后在汽粉袋滤器收集经过充分粉碎和有机包膜的粉体，获得所述二氧化钛颜料。碳含量为TiO2质量的0.05％。
实施例3
(1)将偏钛酸经过一次水洗，添加Ti3+和硫酸进行漂白，再进行二次水洗，洗涤完成后压滤得到铁含量低于10ppm的偏钛酸滤饼；
(2)将偏钛酸滤饼打浆分散制得400g/L浓度的料浆后，用锌盐、钾盐和磷盐进行组合盐处理，硫酸锌、碳酸钾和磷酸的加入量分别为0.15％、0.45％、0.4％(基于二氧化钛的质量分数，加入量分别以氧化物ZnO，K2O，P2O5的质量计)，然后在950℃煅烧得到金红石转化率为98％的窑下物；
(3)煅烧后的金红石型窑下物添加水和硅酸钠作分散剂制备成700g/L的料浆后，进入球磨机进行粗磨，然后进入砂磨机进行细粉碎，接着用水调节料浆浓度至400g/L和pH值至10.0后；
(4)进行无机包膜处理，包覆剂添加量以Al2O3质量计，为TiO2质量的2.0％；
(5)将包膜后的物料进行压滤和脱盐水洗涤，滤饼进行闪蒸干燥；
最后物料进入气流粉碎机进行粉碎，在气流粉碎时，加入有机硅氧烷，碳含量控制在0.2％；
(6)把闪蒸干燥后的物料进行气流粉碎，在气流粉碎时，加入有机硅氧烷，然后在汽粉袋滤器收集经过充分粉碎和有机包膜的粉体，获得所述二氧化钛颜料。碳含量为TiO2质量的0.2％。
性能检测：
1、耐温性
由于钛白粉表面包有一层有机包膜剂，当钛白粉加热到一定程度时，表面活性剂会发生碳化，从而发生黄变影响产品色相。该耐温性测试方法就基于此原理，把钛白粉放于一定温度的烘箱一段时间，然后测试加热前和加热后的色差。具体方法如下：将制得的钛白粉分别在260、280、300、320、330、340、360、380、400、420℃下，置于马弗炉中加热10分钟，然后测试钛白粉的干粉L、a、b值，并与加热前的钛白粉进行对比，计算出色差△E。
2、白度
钛白粉在树脂中的白度非常重要，此次实验将制得的钛白粉按1.5％的质量比添加到低密度聚乙烯中，混合均匀后，进行注塑打板，然后用色差仪测试样板的白度。