一种生产钛白粉工艺中水解晶种的制备方法以及该方法制造的消光剂用钛白粉

摘要

本发明是指硫酸氧钛溶液与Na3PO4溶液反应制备水解晶种的方法。具体方法采用将一定温度下的硫酸氧钛溶液按照一定质量比例加入至Na3PO4溶液中，搅拌熟化直至晶种的稳定性下降到规定的要求即得，并由此方法产生得到用作消光剂的钛白粉产品。本发明就此水解得到的钛白粉具有优良的白度、水性分散能力强、消光能力好、杂质含量少、粒径适中及粒度分布狭窄等优点，适宜用作消光剂。

说明书

技术领域

本发明涉及一种硫酸法钛白粉生产过程中水解晶种的制备方法，以及该方法制造的消光剂用钛白粉，属于钛白粉制造领域。

背景技术

钛白粉在化纤工业中主要用作消光剂，目前估计全世界的年消耗量在8万吨～10万吨左右，国内是用来约1万吨左右。由于钛白粉在所有的白色颜料中具有特殊的光学和物理性能，被认为是化学纤维最理想的消光材料，作为消光剂已广泛应用于化学纤维的生产中。化纤用钛白粉要求在水中的分散性好，对于有些品种还需求在乙二醇、硫氰酸钠等溶液中有较好的分散性能，并不与这些化学物质起反应。此外，还要要求杂质含量要低，这样才能保证纤维的外观白度好、钛白粉的分散性好。

外加晶种水解法的操作过程比较简单，其工艺关键是制备晶种的方法和晶种的质量。所谓晶种就是硫酸氧钛溶液经过不完全中和而制得的一种胶体氢氧化钛溶液，它在水解时起着水合二氧化钛结晶中心的作用，它不仅能加速水解反应、缩短水解周期，而且对水解沉淀产物的粒径、粒径分布和最终产品质量都有较大的影响。水解过程中硫酸氧钛在加热和晶种的诱导的作用下发生水解，只要钛液中有足够数量的晶种的表面，且升温速度、搅拌速度、稀释得当，那么所生成水合二氧化钛都沉析在这些结晶中心上，不会发生新的结晶中心，这样不仅水解进行得完全，水合二氧化钛的粒径比较均匀，而且可以获得颜料性能优越的TiO₂，过滤水洗也比较容易，穿滤损失少。

现有的工业常用外加晶种水解法一般是将以二氧化钛计浓度为190-200g/L硫酸氧钛溶液和浓度为7.8％的氢氧化钠溶液分别加热至90℃，然后将氢氧化钠与硫酸氧钛(以TiO₂计)以质量比7∶1的比例混合，进行中和，中和后升温至96℃，测晶种稳定性达100-130。但经实践得知，由此制备的水解晶种其粒径不如预期均匀、质量不高不利于完全水解，水解生成的水合二氧化钛粒子较粗，虽然较易水洗，但所得产品的粒度分布较宽(1.0-2.0μm)、杂质含量较高(100ppm)造成消色力低，终产品质量差，且不利于在乙二醇(高温300℃)中分散性以达到消光剂钛白粉的要求，亦使得相关消光剂产品质量低、市场竞争力低。

发明内容

本发明目的在于提供一种新的外加晶种法中水解晶种的制备方法，并利用该方法制备消光剂用钛白粉，以克服现有消光剂钛白粉粒度分布宽、杂质含量较高且在(高温300℃)乙二醇中分散性差等问题，从而提高相关产品质量，增强市场竞争力。

本发明实现上述目的的技术方案要点是，采用Na₃PO₄代替传统的NaOH的方法来制备晶种，以达到控制雏晶晶粒大小且保证晶种粒径均匀等目的。

技术方案如下，将以TiO₂计190-200g/L的硫酸氧钛溶液及浓度为5％-7％的Na₃PO₄溶液，按照质量比5∶1-7∶1的比例，分别加热至90℃，然后将硫酸氧钛溶液加入到Na₃PO₄溶液中进行中和，控制流速以保证反应时间控制在6-8分钟内。中和反应后升温至96℃，测定晶种稳定性达100-130，快速投入到预热好的水解钛液中，即可得高品质的钛白粉。之所以用浓度为5％-7％的Na₃PO₄替代NaOH，是因为在实际操作中发现，溶液中存在一定浓度的PO₄^3-离子更利于TiO₂溶胶的分散、从而得到粒径更均匀的水解晶种，以期在后续的水解过程中能够得到粒径均匀的结晶中心，从而控制终产品的粒径、粒度分布等方面，形成品性优良的钛白粉。其中晶种稳定性的测试方法为量取10ml晶种，加水直到溶液变白水解时所消耗的水的体积。

优选的，Na₃PO₄溶液浓度为6％；

优选的，以TiO₂计190-200g/L的硫酸氧钛溶液与Na₃PO₄溶液，按照质量比6∶1的比例进行后续反应，即得所述用于消光剂的钛白粉。

有益效果：

1.本发明采用5-7％的Na₃PO₄溶液替代7.8％NaOH溶液，按照5∶1-7∶1的比例与洗净的硫酸氧钛反应制得的晶种，粒径分布集中，在后期煅烧工艺中不易烧结团聚，利于得到粒径小且粒径分布窄的产品，且其质量大大优于采用NaOH制备晶种水解得到的产品质量。

2.采用本发明所述晶种制备方法水解得到的偏钛酸，洗涤速度比现有技术加快50％，缩短了生产时间。

3.避免使用强碱性NaOH，对设备耐腐蚀性要求降低，相应延长了生产设备的使用寿命从而降低尘产设备成本。

4.采用本发明的晶种制备方法生产的钛白粉具有优良的白度、水性分散能力强、消光能力好、杂质含量少、粒径适中及粒度分布狭窄等优点。

5.用于削光剂使用时，单位面积用量大幅降低，削光效果不变。并有利于延长相应生产设备使用寿命等，从而可以降低生产成本。喷涂使用时，不易堵塞喷嘴，延长喷头使用寿命。

6.采用本发明的晶种制备方法生产的钛白粉在高温乙二醇(300℃)中分散性能稳定，达到消光剂钛白粉的要求，产品质量提高，增强了市场竞争力。

具体实施方式

本发明将通过以下示例性的具体实施例进行详细说明，但本发明的精神和权利要求书的保护范围不受这些具体实施例的限定。

实施例1

将以TiO₂计190-200g/L的硫酸氧钛溶液及浓度为6％的Na₃PO₄溶液按照质量比7∶1的比例，分别加热至90℃，然后将硫酸氧钛溶液加入到Na₃PO₄溶液中进行中和，控制流速以保证反应时间控制在6-8分钟内。中和反应后共升温至96℃，测定晶种稳定性达100-130，快速投入到预热好的水解钛液中。其中晶种稳定性的测试方法为：量取10ml晶种，加水直到溶液变白水解时所消耗的水的体积。实践证明，溶液中存在一定浓度的PO₄^3-离子更利于TiO₂溶胶的分散、从而得到粒径更均匀的水解晶种，不仅利于后期的洗涤过程、穿滤损失少，还利于得到颜料性能优越的TiO₂终产品，充分发挥消光剂的作用。

实施例2

将以TiO₂计190-200g/L的硫酸氧钛溶液及浓度为6％的Na₃PO₄溶液按照质量比6∶1的比例，分别加热至90℃，然后将硫酸氧钛溶液加入到Na₃PO₄溶液中进行中和，控制流速以保证反应时间控制在6-8分钟内。中和反应后共升温至96℃，测定晶种稳定性达100-130，快速投入到预热好的水解钛液中。实践证明，溶液中存在一定浓度的PO₄^3-离子更利于TiO₂溶胶的分散、从而得到粒径更均匀的水解晶种，不仅利于后期的洗涤过程、穿滤损失少，还利于得到颜料性能优越的TiO₂终产品，充分发挥消光剂的作用。

实施例3

将以TiO₂计190-200g/L的硫酸氧钛溶液及浓度为5％的Na₃PO₄溶液按照质量比6∶1的比例，分别加热至90℃，然后将硫酸氧钛溶液加入到Na₃PO₄溶液中进行中和，控制流速以保证反应时间控制在6-8分钟内。中和反应后共升温至96℃，测定晶种稳定性达100-130，快速投入到预热好的水解钛液中。实践证明，溶液中存在一定浓度的PO₄^3-离子更利于TiO₂溶胶的分散、从而得到粒径更均匀的水解晶种，不仅利于后期的洗涤过程、穿滤损失少，还利于得到颜料性能优越的TiO₂终产品，充分发挥消光剂的作用。

实施例4

将以TiO₂计190-200g/L的硫酸氧钛溶液及浓度为7％的Na₃PO₄溶液按照质量比6∶1的比例，分别加热至90℃，然后将硫酸氧钛溶液加入到Na₃PO₄溶液中进行中和，控制流速以保证反应时间控制在6-8分钟内。中和反应后共升温至96℃，测定晶种稳定性达100-130，快速投入到预热好的水解钛液中。实践证明，溶液中存在一定浓度的PO₄^3-离子更利于TiO₂溶胶的分散、从而得到粒径更均匀的水解晶种，不仅利于后期的洗涤过程、穿滤损失少，还利于得到颜料性能优越的TiO₂终产品，充分发挥消光剂的作用。上述实施例所得产品的指标如下表所示：

二洗后的硫酸氧钛铁含量＜10ppmP₂O₅0.6-0.65％TiO₂≥98％颜色、消色力(与标样比)≥100％105℃挥发物≤0.5％水可溶物≤0.35％水悬浮液pH值7.2吸油量22g/100g筛余物(45μm筛孔)≤0.01(％)水分散性≥94％水萃取液电阻率≥30Ω.cmFe₂O₃≤10ppm乙二醇分散性≥92％粉体表观白度≥97.0L≥98.0a≤0.15b≤0.30D500.27-0.29μmD90≤0.4μm