[发明专利]一种气相氧化法生产高纯二氧化钛的方法

说明书

一种气相氧化法生产高纯二氧化钛的方法，在一定的系统压力下，在高温氧化反应器反应区前方的热氧气流中加入少量四氯化钛，然后使热氧与预热后的四氯化钛在反应区混合反应、同时向反应区内加入一定量的晶粒细化剂；反应生成的气固混合物，经过水浴导管冷却、袋滤器气固分离后，得到纯度≥99.9％、粒径在125～370nm小粒径范围内可控、金红石晶型含量≥98.0％的二氧化钛产品，含氯尾气被输送至氯化炉循环使用。该方法具有流程短、三废排放少、生产连续产品质量稳定等特点，产能规模≥15000吨/年，可为陶瓷电容器、热敏电阻、压电陶瓷等行业提供高性能、低成本的高纯二氧化钛原料。

技术领域

本发明属于二氧化钛生产领域，特别涉及一种大规模连续化、粒径可控、金红石晶型含量高的气相氧化法生产高纯二氧化钛的方法。

背景技术

二氧化钛具有稳定的物理化学性能以及优异的光学特性，作为白色颜料被广泛应用在涂料、塑料、造纸、化纤、日用化妆品等传统领域。高纯二氧化钛因具有半导体特性，且介电常数和电阻率较高，是生产MLCC、PTC热敏电阻、压电陶瓷等精密电子元器件的重要基础材料。二氧化钛的纯度越高，以其为原料制成的产品性能越优异、质量越稳定；二氧化钛中有害杂质会对后续的制成品产生不利影响，特别是硅、铝、铁等元素对制成品质量产生致命影响。不同产品对高纯二氧化钛粒径要求不同，如生产MLCC使用较小粒径的原料，对二氧化钛平均粒径的要求一般为100～300nm；生产PTC热敏电阻需使用较大粒径的原料，对平均粒径的要求一般为300～550nm。金红石型二氧化钛较锐钛型晶格结构更致密，以其为原料制成的生坯在烧结时收缩性更小、尺寸更稳定，从而保证最终成品质量稳定、良品率更高；因此精密电子元器件对高纯二氧化钛金红石晶型含量要求越高越好。

目前，国内高纯二氧化钛的生产方法主要有钛醇盐水解法、四氯化钛直接水解法、硫酸法和氯化法。钛醇盐水解法原料价格高，不适合大规模生产应用；四氯化钛直接水解法产生大量含酸废水，环保压力巨大；硫酸法易引入杂质，导致产品纯度偏低。此外，上述三种方法都为间歇性生产，批次间产品质量难以保持稳定。CN 105271387A公开了“一种高纯度二氧化钛连续氧化炉及其生产方法”，二氧化钛颗粒度在0.2～0.3μm区间的占90％以上，但产品纯度及产能规模未明确说明。目前，本领域缺乏一种大规模连续化、粒度可控、金红石晶型含量高的高纯二氧化钛生产方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种大规模连续化、粒径可控、金红石晶型含量高的气相氧化法生产高纯二氧化钛的方法。

本发明的技术方案是：

一种气相氧化法生产高纯二氧化钛的方法，它包括以下步骤：

1、在一定系统压力下，向高温氧化反应器反应区前方的经二次预热的热氧气流中加入少量液体精四氯化钛，液体精四氯化钛经供料泵加压后被输送至喷枪、经雾化后被喷入热氧气流中，供料泵压力要高于系统压力200～400kPa，雾化后的四氯化钛与热氧气流反应生成物二氧化钛随热氧气流进入高温氧化反应器反应区；

2、含少量反应生成物二氧化钛的热氧气流，与预热后的精四氯化钛在高温氧化反应器反应区混合反应、同时向反应区加入一定量的晶粒细化剂，生成包含二氧化钛粒子的气相悬浮物；

3、使生成的气相悬浮物经过高温氧化反应器出口处水浴导管进行冷却；通过向导管内加入冲刷物，来控制冷却速度；

4、将冷却后的气相悬浮物进行气固分离：固体物经打浆、过滤、洗涤、干燥、汽粉后，得到高纯二氧化钛产品；过滤后的含氯尾气被输送至氯化炉循环使用。

进一步的，所述系统压力控制在150-500kPa范围内；所述二次预热的热氧温度一般控制在1500-1700℃，更好的范围为1650℃；精四氯化钛投料一般控制在4500-5500kg/h；预热后精四氯化钛，其温度一般控制在400～550℃，更好的范围为450～520℃。

上述高纯二氧化钛生产方法所述的热氧，其加入量与精四氯化钛质量的比值为20％。