[发明专利]偏钛酸直接包膜生产金红石型钛白粉的方法

说明书

技术领域

本发明属于钛白粉生产领域，具体涉及一种偏钛酸直接包膜生产金红石型钛白粉的方法。

背景技术

钛白粉是目前广泛使用的最主要的白色颜料，大量应用于涂料、造纸、油墨等领域，其需求量与GDP呈现正比例关系。目前全球钛白粉年产能在500万吨以上，国内钛白粉年产能在200万吨以上，售价约为15000–22000元/吨。在生产方法上，经了解国内除锦州钛白粉厂采用氯化法外，其余全部采用硫酸法进行生产，目前国内硫酸法钛白产能占总钛白产能的99%。当前硫酸法钛白生产过程中存在的比较突出的问题，一是环保，二是成本。

目前国内外硫酸法钛白的生产工艺是采用钛矿或钛渣酸解后获得钛液（硫酸氧钛），经水解后得到偏钛酸，再通过高温煅烧获得TiO₂粉末，如果是生产锐钛型钛白产品，则对该TiO₂粉末可直接进行干磨即得到商品钛白，如果是生产金红石型钛白产品，则需对该TiO₂粉末进行后处理（主要是表面包膜处理）才能得到商品钛白。

传统的硫酸法钛白生产具体工艺流程为：将钛矿或钛渣酸解后生成钛液，钛液经沉降、结晶、浓缩后得到纯净的浓钛液，再经水解、水洗与漂白获得纯净的偏钛酸，偏钛酸经过盐处理后进入回转窑进行煅烧，再经干磨后进行后处理，后处理具体流程为打浆分散、砂磨分级、包膜、水洗过滤、干燥、气流粉碎。从偏钛酸工序开始的工艺流程如图1所示。

在金红石钛白后处理过程中，需要对干粉状的钛白初品加水使之变成液态状的浆料，经过砂磨机湿磨后包膜处理（通常为硅铝包膜或锆铝包膜），再次干燥脱水并气流粉碎使之成为干粉状的钛白成品。在此干燥过程中消耗了大量的热并带来设备投资，如喷雾干燥器等，同时，在此砂磨过程中也会消耗大量的电并带来设备投资，如耐驰卧式砂磨机等，由此引发环境污染等一系列问题。

传统硫酸法钛白生产工艺在近数十年来基本比较稳定，期间进行了多次小型化的工艺改进，如加压水解改为常压水解，包膜前增加湿磨工序，间隙酸解改为连续酸解等，每次有效的改进，都会在较短的时间内自发地推广应用到国内甚至国外的绝大多数钛白粉厂。

国内外采用硫酸法生产钛白已有近百年的历史，在此过程中对生产工艺进行了不计其数的研究开发和技术改进，最终形成了目前比较成熟的整体工艺路线。近年来，国内外研究人员对硫酸法钛白的研究主要集中在四个方面。

一是不同原料选择上的研究。最初硫酸法钛白生产采用的是钛矿，针对钛矿的工艺流程更长，主要表现在硫酸亚铁的冷冻结晶工序。后来部分工厂采用TiO₂品位较高的钛渣作为原料，使硫酸亚铁的冷冻结晶工序得以取消，也有工厂采用钛渣和钛矿的混合物作为原料。该技术目前已在国内部分厂家应用。该研究成果使得硫酸法钛白生产工艺的环保问题得到明显缓解。

二是各生产工序参数的优化研究。包括酸解工序、沉降工序、钛液浓缩工序、水解工序、盐处理工序、煅烧工序等等。通过这些研究，使得各中间产品的质量得到提高，各过程环节的成本得以下降，但下降幅度较小，从整体工艺来看，主要体现在钛白产品的质量得到明显改善，特别是国内产品与国外产品的差距越来越小。

三是钛白后处理的研究。在钛白前段工艺基本成熟的情况下，钛白产品，特别是金红石钛白产品的品质主要取决于后处理包膜工艺。近年关于钛白的专利绝大部分是包膜方面的研究，国外在后处理研究方面已经进行了30余年，而国内开展这方面的研究还只是近10年的事情。因此，国内钛白产品目前与国外相比还是存在较大差距的。包膜的研究成果使得钛白产品的品质进一步提高。

四是环保问题的研究。主要集中在废酸浓缩和硫酸亚铁处理研究两方面。国外的废硫酸主要采用浓缩回用的方法处理，国内目前主要采用废酸中和处理的方式，由于浓缩成本偏大的原因，国内仅有少数厂家采用浓缩方法处理废酸。硫酸亚铁目前在国外主要采取钛渣原料路线消除，国内主要采取作为饲料添加剂、净水剂及生产其它化工原料等方法处理。

对硫酸法钛白生产工艺中的各具体工序开展研究，可以降低一定的成本，但降低幅度较小，要明显降低钛白生产成本，只有对钛白整体生产工艺进行优化改进，甚至取消部分工序，使之成为短流程绿色工艺，才能较大幅度降低生产成本，这是今后硫酸法钛白生产工艺获得新生力量的源泉，也是硫酸法钛白生产工艺研究的发展趋势之一。