[发明专利]一种控制偏钛酸二次团聚体粒度的方法

说明书

本发明提供一种控制偏钛酸二次团聚体粒度的方法，针对外加晶种水解工序，在钛液水解过程的熟化过程中加入絮凝剂，所述絮凝剂的质量与TiO₂的质量比为0.5:100～5:100。本发明通过在钛液水解过程中加入絮凝剂调变一次粒子表面电荷，进而调控偏钛酸二次粒子粒径的方法，所得偏钛酸二次粒子，不影响过滤时间，在锅壁底部不结料，且提高了水解率。

技术领域

本发明属于钛白粉生产技术领域，尤其是涉及一种调控偏钛酸二次粒子粒径的方法。

背景技术

二氧化钛(TiO₂)，俗称钛白粉，是继合成氨、磷酸之后的第三大无机化学品，广泛应用于涂料、塑料、造纸、油墨、化纤、橡胶、催化剂、化妆品等领域。工业上生产钛白粉的方法主要是硫酸法和氯化法，然而由于技术、设备和原料等问题，我国主要采用硫酸法生产钛白粉。

硫酸法生产钛白粉是以钛铁矿或酸溶性钛渣等为原料，经硫酸分解、水浸后得到硫酸氧钛溶液(以下简称钛液)，然后通过水解的湿法冶金过程制备偏钛酸(水合二氧化钛)，过滤洗涤后经煅烧及后处理得到钛白粉。硫酸法生产钛白粉工艺过程中水解是核心工序，包括结晶中心的形成、晶核的成长、偏钛酸开始析出并凝聚沉淀与沉淀物组成改变三个阶段。钛液中主要是Ti⁴⁺与6个水分子形成配合离子[Ti(H₂O)₆]⁴⁺，钛液水解是配合水分子的共价键断裂脱H⁺形成[Ti(H₂O)₅OH]³⁺配离子的过程。随着水解反应的进行，[Ti(H₂O)₅OH]³⁺配离子中的-OH进一步脱去H⁺使分子间以更稳定的“氧桥”相互交联形成多核配合物，多核配合物继续脱H⁺交联而形成链状或网状胶粒结构。随着水解进一步进行，胶粒聚合尺寸增大，当聚合尺寸达到一定尺寸时，胶体状态被打破，生成白色沉淀，即偏钛酸二次粒子。钛液水解产物是由初级聚集粒子凝聚成的二次偏钛酸粒子，二次粒子的粒径尺寸直接决定水解产物的过滤与洗涤速度。得到的水解偏钛酸二次粒子过小，水解偏钛酸难于过滤水洗，水洗时间长，直接影响到水洗效率；得到的水解偏钛酸二次粒子过大(偏粗)，物料易在锅壁底部结料，难以清理干净，且偏钛酸水洗速度太快，物料内的铁等杂质难洗净。可见调控二次粒子的大小直接影响钛白生产企业的经济效益。

发明内容

本发明提供一种控制偏钛酸二次团聚体粒度的方法，在钛液水解过程的熟化过程中加入絮凝剂调变一次粒子的表面电荷，进而调变偏钛酸二次粒子粒径。钛液水解熟化过程主要是一次粒子生成，因此絮凝剂的加入时间在熟化开始至结束中间任一时刻。

为了实现上述目的，本发明提供了以下的技术方案：

一种控制偏钛酸二次团聚体粒度的方法，针对外加晶种水解工序，在钛液水解过程的熟化过程中加入絮凝剂，所述絮凝剂的质量与TiO₂（水解晶种钛液和待水解钛液中的Ti⁴⁺按TiO₂计）的质量比为0.5:100~5:100。

所述絮凝剂包括铝系无机絮凝剂或羧酸类有机絮凝剂，无机絮凝剂为硫酸铝或明矾，这样所使用的无机絮凝剂还可以作为后续煅烧过程的盐处理剂；羧酸类有机絮凝剂为聚丙烯酸和/或甲基丙烯酸。

控制偏钛酸二次团聚体粒度的方法具体包括如下步骤：将水解晶种钛液加入预热至95~100℃的待水解钛液中，搅拌8~12min，升温至沸腾并加热至变灰点，停止加热和搅拌，进行熟化，在熟化过程中加入絮凝剂；熟化结束后，恢复加热和搅拌，再次加热至沸腾，保持微沸60~80 min后加入水稀释，使得水解体系中最终TiO₂浓度在150-170 g/L，继续沸腾240min，水解结束；待水解浆料冷却至60^oC后过滤，依次加入稀硫酸和蒸馏水洗涤滤饼，抽干后得到偏钛酸二次团聚体。