[发明专利]由含有钛化合物的废液制备TiO2粉末的方法

说明书

本发明涉及制备二氧化钛的方法，特别地，涉及由含有氯化钛化合物(chlorinated titanium compound)的废液制备二氧化钛TiO₂的方法。具体地讲，本发明涉及一种方法，该方法包括所述含有氯化钛化合物的废液在蒸汽状态时的水解。

从商业的角度来看，二氧化钛粉末是值得注意的，因为这些粉末可以在许多工业领域获得有效的应用。例如，当前二氧化钛被认为是用于商业油漆的主要白色颜料。TiO₂粉末的其他重要应用包括作为清除环境污染物的光催化剂、用于塑料材料的添加剂和作为光学多层涂布试剂。

TiO₂可被制备成两种不同状态的晶体结构，即“锐钛矿”和“金红石”。由于其高光学活性，锐钛矿作为光催化剂被用于丙酮、苯酚或三氯乙烯的分解，也作为氧化氮的氧化系统和太阳能的转变系统。因为金红石状态的二氧化钛的散射效应，该散射效应可以保护免受紫外线辐射，所以被广泛地应用于白色颜料材料；由于它即使在强酸或强碱状态下也具有高介电常数、良好的折射率和化学稳定性，所以它也被用于光学涂层、分束器和抗反射涂层。

通常，TiO₂粉末是通过气态过程的氯化物加工或液态过程的硫酸盐加工制得。

硫酸盐加工是较早的一种，它使用硫酸钛(TiSO₄)作为起始材料。使含有钛的原料(一般为钛铁矿)，与浓硫酸在150-200℃的温度下反应以获得所述硫酸钛。根据这种方法，TiSO₄首先在温度高于95℃的液相中被常规性地水解，以便所述二氧化钛以被控制的方式从所述液体介质中沉淀下来。随后，所获得的TiO₂经受在800-1000℃的煅烧步骤，以及接连的强烈的微粒化步骤以粉碎在所述煅烧步骤中形成的聚结块。在所述煅烧和粉碎步骤中引入了一些有害的杂质，导致获得粉末的最终质量的降低。

所述气态氯化物加工是现在最常用的一种，因为它使最终的TiO₂粉末达到更高的纯度。根据这种方法，钛矿石，优选钛铁矿，在高温下被氯化以便形成气态TiCl₄。随后，在通常高于1000℃的温度下将TiCl₄与空气或过热的蒸汽接触，使所述化合物经受氧化步骤。短反应时间有利于具有锐钛矿晶体结构的TiO₂粉末的形成，而长反应时间有利于具有金红石晶体结构的粉末的形成。在上述氧化反应中形成了大量的氯，由于HCl和Cl₂的腐蚀性，所以这种方法需要额外的保护装置，导致生产成本的增加。由氯化物加工方法制备的二氧化钛粉末很细但实质上是粗糙的，所以需要另外的设备来提供外部电场或控制反应物混合比例，后者辅助控制所获得的粉末的颗粒形状和粒度。

美国专利第5,456,899号描述了通过在水溶液中水解使氯化钛转变为二氧化钛的方法。该方法从氯化钛水溶液开始，所述氯化钛水溶液通过用水或盐酸稀释无水四氯化钛而适当制备。通过在聚合物羧酸盐存在下加热上述溶液使TiCl₄发生水解。合适的所述盐包括聚羧酸铵盐或聚羧酸碱金属盐，例如聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵和羧甲基纤维素钠。通常，加热所述TiCl₄水溶液到至少80℃，优选加热到100-110℃。典型地，所述溶液需加热3-5小时，以基本将所有氯化钛转变为二氧化钛。一旦水解完成，沉淀的二氧化钛可以通过真空过滤器、压力过滤器、离心机或其他合适的设备过滤而从水性母液分离出来。所获得的微粒二氧化钛非常适合形成电陶瓷材料，通常平均粒度在0.1-1.0μm之间。