鈦白粉的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種鈦白粉的制作方法，屬于化工原料制作【技術領域】。本發(fā)明通過下述技術方案來實現(xiàn)：將鈦鐵礦粉碎至320目左右，在酸解槽內，先投入濃度為86%～89%的硫酸，在壓縮空氣攪拌下投入礦粉，控制酸礦比1.54～1.65；在溶液中加入鐵屑、鐵粉還原劑，使其發(fā)生氧化還原反應，還原液中保持三價鈦含量為2.5～4g/l；加入濃度為1%的改性聚丙烯酰胺，加入量是每立方米鈦液加300～500ml，沉降時控制鈦液比重1.52～1.53，溫度60±5℃；鈦液在真空條件下，使水份大量蒸發(fā)，綠礬結晶析出；將鈦液真空濃縮，控制真空度在600mmHg以上，鈦液溫度70～80℃，加熱蒸汽壓力1.5～2.5kg/cm2。
【專利說明】鈦白粉的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于化工原料制作【技術領域】，尤其涉及一種鈦白粉的制作方法。
【背景技術】
[0002]鈦白粉的主要應用領域:涂料、塑料、油墨、造紙，其中涂料占60%，塑料占20%、造紙占14%，其它(含化妝品、化纖、電子、陶瓷、搪瓷、焊條、合金、玻璃等領域)占6%。
[0003]鈦白粉在橡膠行業(yè)中既作為著色劑，又具有補強、防老化、填充作用。在白色和彩色橡膠制品中加入鈦白粉，在日光照射下，耐日曬，不開裂、不變色，伸展率大及耐酸堿。橡膠用鈦白粉，主要用于汽車輪胎以及膠鞋、橡膠地板、手套、運動器材等，一般以銳鈦型為主。但用于汽車輪胎生產量，常加入一定量的金紅石型產品，以增強抗臭氧和抗紫外線能力。
[0004]鈦白粉在化妝品中應用也日趨廣泛。由于鈦白粉無毒，遠比鉛白優(yōu)越，各種香粉幾乎都用鈦白粉來代替鉛白和鋅白。香粉中只須加入5%-8%的鈦白粉就可以得到永久白色，使香料更滑膩，有附著力、吸收力和遮蓋力。在水粉和冷霜中鈦白粉可減弱油膩及透明的感覺。其他各種香料、防曬霜、皂片、白色香皂和牙膏中也可用鈦白粉。一、化妝品級二氧化鈦分為油性和水性鈦白粉。由于它化學性質穩(wěn)定，折射率高、不透明度高、遮蓋力高、白度好、且無毒害，被廣泛應用于化妝品領域，起美容美白的功效。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明提供一種鈦白粉的制作方法，通過下述技術方案來實現(xiàn):
(1)將鈦鐵礦粉碎至320目左右，在酸解槽內，先投入濃度為86%?89%的硫酸，在壓縮空氣攪拌下投入礦粉，控制酸礦比1.54?1.65 ;
(2)在溶液中加入鐵屑、鐵粉還原劑，使其發(fā)生氧化還原反應，還原液中保持三價鈦含量為2.5?4g/l ；
(3)加入濃度為1%的改性聚丙烯酰胺，加入量是每立方米鈦液加300?500ml，沉降時控制鈦液比重1.52?1.53，溫度60±5°C ；
(4)鈦液在真空條件下，使水份大量蒸發(fā)，綠礬結晶析出；
(5)將鈦液真空濃縮，控制真空度在600mmHg以上，鈦液溫度70?80°C，加熱蒸汽壓力L 5 ?2.5kg/cm2。
【具體實施方式】
[0006]下面通過具體的實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0007]鈦鐵礦的粉碎
從礦區(qū)運回的經過精選的鈦鐵礦(Ti0247%?50%)，粒度比較粗，與硫酸不能直接反應，因此用雷蒙磨按工藝要求粉碎至320目左右，以使酸解反應順利進行，得到較高的酸解率。
[0008]酸解
酸解采用固相法。在酸解槽內，在強烈壓縮空氣攪拌下，先投入濃度為86%?89%的硫酸，然后再投入礦粉，控制酸礦比1.54?1.65，使礦粉與硫酸充分混合，最后加入稀釋水(或廢酸)，并通入蒸汽直接加溫到80°C?100°C，使酸解反應順利進行。為了提高酸解率，成熟時間一般控制在I?3小時。
[0009]浸取
酸解成熟后的固相物，加入水或稀鈦液，在壓縮空氣攪拌下，使多孔狀固相物溶解，得到硫酸氧鈦溶液。溶液的最終濃度一般應含Ti02110?130g/l，比時溶液比重約為1.52?1.53。
[0010]為了調節(jié)浸出液的F值(有效酸與總鈦含量的比值)，并節(jié)約濃硫酸，浸取時常添加廢硫酸。根據(jù)酸解固體產物的不同，浸取時間一般為5?12小時。
[0011]還原
在鈦鐵礦粉中，鐵以二價與三價兩種不同狀態(tài)存在，因此浸出液中既有硫酸亞鐵FeS04，又有硫酸高鐵Fe2(S04)3，這兩種鐵鹽在一定條件下會發(fā)生水解而生成Fe (OH) 2和Fe (OH) 3沉淀。而硫酸高鐵Fe2 (S03) 3在溶液中的危害性較大，因為即使在酸性溶液(PH ^ 2.5)中，它也容易水解，生成氫氧化鐵沉淀。在偏鈦酸洗滌時，它會變成沉淀而混雜于其中，煅燒時變成紅棕色的三氧化二鐵而污染成品，因而在鈦液中不允許有高鐵存在，要把高鐵全部還原成亞鐵。
[0012]工業(yè)上常采用化學還原法將高價鐵還原成亞鐵。就是在溶液中加入鐵屑，鐵粉等還原劑使其發(fā)生氧化還原反應。
[0013]為了保證溶液中三價鐵全部還原為二價鐵,還原反應應略微過度,此時溶液中就有少量四價鈦還原為三價鈦，三價鈦的存在，可以保證三價鐵還原完全。因為在反應中三價鐵先還原為二價鐵，然后再是四價鐵還原為三價鈦。因而，在實際生產操作中，還原液中應保持三價鈦含量為2.5?4g/l (以Ti02折算)。
[0014]沉降
沉降的目的中把鈦液中不溶性雜質，特別是膠體除去。工業(yè)生產中常用高分子絮凝劑(改性聚丙烯酰胺)作沉降劑。改性聚丙烯酰胺的加入量是每立方米鈦液加300?500ml(濃度為1%)，沉降時控制鈦液比重1.52?1.53，溫度60±5°C。
[0015]經沉降得到的清液抽去下工段真空結晶，下面部分的殘渣還含有一定量的鈦液，用壓濾機過濾，濾液回收，殘渣(干基含Ti0240?50%，含F(xiàn)elO?25%) —般廢棄，也可回用部分。
[0016]結晶
從鈦鐵礦經分解得到的鈦液中，尚含有大量的硫酸亞鐵；結晶的目的，便是要使它成為晶體析出，加以回收，使之與鈦液分離。
[0017]目前較先進的結晶方法是采用真空濃縮結晶方法使綠礬(FeS04。7H20)從鈦液中析出。真空濃縮結晶是將鈦液在真空條件下，使水份大量蒸發(fā)，以提高鈦液中的硫酸亞鐵濃度，當濃度超過了它的溶解度時，綠礬便結晶析出。真空濃縮結晶設備是結晶鍋，鍋頂有真空管道與抽真空裝置連接。
[0018]真空濃縮結晶在生產中控制的條件主要是真空度、鈦液的溫度、濃度、粘度。
[0019]真空濃縮結晶法避免了通常冷凍結晶法將鈦液先冷凍后在水解時又加溫這一不合理的過程，節(jié)約了能源。
[0020]晶體分離
在生產中常用過濾的方法從鈦液中分離綠礬晶體。晶體分離后，為了回收晶體間隙中的殘留鈦液，還需用水沖洗。
[0021 ] 生產中常用的過濾設備是真空過濾槽和離心機。本方案采用具有國際先進水平的轉臺(平盤)式真空過濾機，實現(xiàn)綠礬晶體的連續(xù)分離和沖洗。
[0022]在用水沖洗時為了盡量減少綠礬的重新溶解，而又要將晶體沖洗干凈，以回收殘留鈦液。沖洗一般分兩次進行，第一次沖洗用上批晶體第二次沖洗過的水，其洗液可在不影響鈦液指標的情況下并入過濾的鈦液內，或作為酸解固體浸出之用；第二次沖洗用自來水，其洗液保留作為下批晶體第二次沖洗之用。
[0023]分離得到的濾液送下工段濃縮或水解；分離出來的綠礬晶體(FeS04。7H20)作為副產品出售。
[0024]鈦液的濃縮
為了制得具有優(yōu)越顏料性能的鈦白粉，要求水解后得到的水合二氧化鈦的顆粒細而均勻。實踐證明，要將鈦液的濃度提高到二氧化鈦含量在190g/l以上時，才能生產出具有優(yōu)越顏料性能的鈦白。為此，生產顏料鈦白粉必須先將鈦液濃縮，提高其濃度，使之符合顏料鈦白粉生產的要求。
[0025]目前國內鈦白生產中鈦液濃縮一般采用真空薄膜濃縮器連續(xù)濃縮。真空濃縮一般控制真空度在600mmHg以上，鈦液溫度70?80°C，加熱蒸汽壓力1.5?2.5kg/cm2。
[0026]水解
水解的目的是為了制取符合一定的組成和粒子大小的水合二氧化鈦(俗稱偏鈦酸)。這種水合二氧化鈦沉淀實際上是一些凝聚體，其結構比較復雜，而且因水解條件的不同而各有所差異，可用通式Ti02.XS03.YH20來表示。
[0027]國內涂料鈦白生產一般采用晶種法間接蒸汽加壓水解。
[0028]水解的基本過程包括形成結晶中心，晶核的成長與沉淀的形成，偏鈦酸粒子凝聚沉淀和溶液組成的改變。
[0029]銳鈦型普通晶種的制備是一個酸堿中和反應。制備方法是取一定量的鈦液，在攪拌下逐漸加入堿溶液中和至一定的酸度，然后加溫熟化，使膠粒微晶化，可以不溶于稀酸中，并提高其“活性”，冷卻至室溫即可。
[0030]過濾洗滌
硫酸鈦溶液水解得到的水合二氧化鈦漿料含有大量游離硫酸及硫酸亞鐵等雜質，這些雜質離子含量的高低直接影響二氧化鈦成品的色相(白度)。水洗的目的是除去偏鈦酸所吸附的母液中大量的鐵、硫酸及其它可溶性雜質，得到純凈的偏鈦酸。水洗的基本原理是利用硫酸及可溶性雜質離子的可溶性與水合二氧化鈦的水不溶性而分離，因此水洗工序能大致洗凈可溶性雜質。
[0031]生產上常用的水洗方法有真空過濾洗滌和離心過濾洗滌。真空過濾洗滌是利用抽真空造成的壓力差，將濾液吸過過濾介面而將固體吸附在過濾介質表面，水洗時清水不斷將溶解的雜質離子帶過濾層。生產上最常用的真空過濾洗滌設備是葉濾機。離心過濾洗滌是利用高速旋轉產生的離心力，在過濾介質兩側產生壓力差，將濾液揮出濾層，從而達到分離和水洗的目的，生產上最常用的離心過濾洗滌設備是離心機。
[0032]鹽處理
在生產涂料鈦白時，偏鈦酸在煅燒前需要加入碳酸鉀K2C03、磷酸H3P04等添加劑，以提高鈦白粉的某些顏料性能。
[0033]加入碳酸鉀后的偏鈦酸在煅燒時，脫硫溫度低，銳鈦型微晶體成長快，并能在較低的溫度下較快地使煅燒物達到中性。從而防止了物料的燒結，減弱了由燒結而引起的鈦白色變現(xiàn)象，使煅燒品顆粒松軟，色澤潔白。
[0034]添加磷酸的主要作用是隱蔽雜質元素的顯色，提高鈦白粉的白度。因為加入磷酸可使鐵質轉化為高溫下穩(wěn)定的白色的磷酸高鐵。
[0035]添加劑的加入量一般為K2C030.5% (以 Ti02 計)；H3P040.15% (以 Ti02 計)。
[0036]過濾
在硫酸法鈦白生產中，影響鈦白粉白度的主要雜技是鐵。經過鹽處理后再次過濾，用砂濾水或無離子水洗滌，是為了進一步除去偏鈦酸漿料中的鐵和水溶性鹽等雜質。
[0037]煅燒
鈦以二氧化鈦的水合物形式從硫酸溶液中沉淀出來時，不僅帶有大量的水而且吸附及夾帶了一定量的硫酸。煅燒的目的就是在高溫下，使俗稱為偏鈦酸的水合二氧化鈦脫水、脫硫并形成一定晶形的欽白。
[0038]生產上常采用轉窯高溫煅燒，連續(xù)生產。煅燒過程按偏鈦酸在各部位發(fā)生的不同變化，可以劃分為干燥區(qū)250?800°C，晶型轉化各部位發(fā)生的不同變化，可以劃分為干燥區(qū)800?860°C和粒子成長區(qū)860?950°C三個區(qū)域。
[0039]干燥區(qū)(250?800。0
在干燥區(qū)中，偏鈦酸發(fā)生脫水和脫硫變化，附著在偏鈦酸顆粒表面及夾帶在顆粒間隙里的濕存水，一般在100?200°C脫掉；結合在偏鈦酸分子內部的結合水，要在100?200°C才能脫掉。而偏鈦酸所含的硫酸要在500?800°C之間，才能分解成三氧化硫和二氧化硫氣體除去；
B、晶型轉化區(qū)(800?860°C)
在晶型轉化區(qū)中，成長著的銳鈦型晶體向金紅石型轉化。一般硫酸法制得的偏鈦酸中含有銳鈦型微晶體，經煅燒后得到的是銳鈦型鈦白。這種銳鈦型晶體通常在900°C以下是穩(wěn)定的，當溫度超過950°C時，就開始向金紅石型晶型轉化；
C、粒子成長區(qū)
在粒子成長區(qū)中，長大的晶體聚結成顏料粒子。細小的晶體聚結成顏料粒子需要獲得一定的能量，煅燒溫度越高，粒子成長的速度越快。而作為顏料鈦白，最適合的粒度是
0.20?0.35微米。為此，這個區(qū)域的溫度應控制在860?950°C之間。
[0040]粉碎
粉碎是借助機械力的作用，將煅燒鈦白粉碎成合適的細度。
【權利要求】
1.一種鈦白粉的制作方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將鈦鐵礦粉碎至320目左右，在酸解槽內，先投入濃度為86%?89%的硫酸，在壓縮空氣攪拌下投入礦粉，控制酸礦比1.54?1.65 ; (2)在溶液中加入鐵屑、鐵粉還原劑，使其發(fā)生氧化還原反應，還原液中保持三價鈦含量為2.5?4g/l ； (3)加入濃度為1%的改性聚丙烯酰胺，加入量是每立方米鈦液加300?500ml，沉降時控制鈦液比重1.52?1.53，溫度60±5°C ； (4)鈦液在真空條件下，使水份大量蒸發(fā)，綠礬結晶析出； (5)將鈦液真空濃縮，控制真空度在600mmHg以上，鈦液溫度70?80°C，加熱蒸汽壓力L 5 ?2.5kg/cm2。
【文檔編號】C01G23/053GK104229877SQ201310251226
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月24日 優(yōu)先權日:2013年6月24日
【發(fā)明者】凌敬平 申請人:凌敬平