[其他]高活性晶种制造金红石型颜料钛白粉

说明书

本发明属于硫酸法生产钛白粉的范畴，系利用高活性晶种，在常压下进行钛液的热水解，以制造金红石型颜料钛白粉。作为一种性能最佳的白色颜料，钛白粉在油漆、造纸、皮革、合成纤维、塑料等工业上有着广泛的应用。

现有的硫酸法生产钛白粉的工艺，国外广泛采用自生晶种的方法（如1978年7月4日颁布的美国专利US4，098，869和1979年6月9日颁布的US4，133，864），国内则多用氢氧化钠中和晶种法。前者的缺陷是晶种制备条件很难控制，不易得到粒度分布均匀、形状规整的晶种，而且钛液热水解的操作较为繁琐，稍一不愼就难于得到颜料性能优良的钛白粉。后者的缺陷是：氢氧化钠为强碱，用其中和酸性钛液时，局部区域发生PH值的激热变化，产生的晶种大而不均匀，因而活性较低，无法在常压下水解高浓度钛液以制得颜料级钛白粉。对于特定的颜料来说，产品的顆粒大小，特别是粒径分布情况是影响颜料性能的重要因素。在一定限度内产品粒径越小粒径分布越均匀，其着色力就越高。对于金红石型颜料钛白粉来说，顆粒直径控制在0.20～0.25μ的范围内最为理想。要达到此种粒径分布，必须实现高浓度钛液的热水解（浓度须大于220克TiO₂/升）。实验表明氢氧化钠晶种是无法完成这一任务的。常压水解时要保证95%以上水解率，该晶种所能水解的钛液最高浓度不超过160克/升。高浓度钛液水解时，其水解率只有70%左右。为了解决这一问题，国内一些厂家采用了加压水解的办法。这样，不仅设备复杂，操作困难，基建投资大。而且没有从根本上解决质量问题。还应当提到的是：不管是自生晶种还是氢氧化钠中和晶种都只对钛液水解阶段有活性，而对煅烧相变阶段没有活性。为了生产金红石型颜料钛白粉都不得不另制金红石型煅烧晶种。

本发明的目的在于研制出一种高活性晶种，能在常压下水解高浓度钛液，以制得颜料级钛白粉。该晶种既对钛液水解阶段有活性，又对煅烧相变阶段有活性，即具有金红石化的特性。

鉴于上述情况，我们开展了新晶种的筛选工作。经过两年努力在严格掌握制备条件的情况下，用稀氨水中和工业硫酸钛溶液，制成了高活性的氨中和晶种。将此晶种加入钛液，实现了高浓度钛液的常压水解，再经恰当配方的盐处理，煅烧相变，研磨分级，包膜处理等工序。制成了金红石型颜料级钛白粉。钛液水解率达95%，锐钛型晶体转化为金红型晶体的相变转化率达99%，有关同行认为此项成果在国内居领先地位。

高活性晶种的制备工艺：水解是钛白粉生产中最重要的工序，晶种制备则是水解工序的关键环节。自然形成的晶核不可能具备符合要求的良好性质，必须在特定解条件下制备晶种，将其加到钛液中去，既加快了水解反应速度，提高了水解率，又对水解产品的粒径起到了调整作用。晶种的活性和类型对产品的水解率和颜料性能有很大影响。

氨晶种制备的原则流程如下：

晶种制备时碱中和反应是一放热反应，为了避免中和温度过高使钛液发生水解，必须控制中和温度在40℃左右。应当边搅拌边向钛液中加入氨水，过高的温度和延长中和时间都会降低晶种活性。中和终点应严格控制在PH＝3～3.5范围内，在此条件下所得正钛酸沉淀最多，而且没有Fe（OH）₂的干扰。氨水加入量过少，PH＞3时，则正钛酸沉淀不完全，氨水加入量过多，PH＞3.5时，晶种会受氢氧化亚铁污染。正钛酸沉淀的水洗和存放时间不能太长，否则会因陈化而影响酸溶。沉淀中的硫酸铵必须用去离子水尽可能洗去，否则所得晶种不具有将TiO₂水合物金红石化的性质，而且水解率降低，着色力将下降，产品较黄。正钛酸沉淀胶溶时必须控制好HCl∶TiO₂＝0.35～0.45（摩尔比）。盐酸加入量过少，正钛酸不能完全胶溶，过多则不仅浪费试剂，而且会产生胶凝现象。氨水中和钛液所得的正钛酸系无定型化合物，化学活性高，有被钛液中游离酸溶解或改变其结构的危险，因此，必须经过熟化，使其微晶化，以得到不溶于稀酸的晶种。熟化温度为60～65℃，保持时间时3～4小时。氨中和晶种有三个明显的优点：（1）该晶种既对水解阶段有活性，又对TiO₂水合物煅烧阶段有活性，具有将锐钛型晶体转化为金红石型晶体的金红石化的特性，所以，可以在水解阶段采用，也可以在煅烧阶段采用。（2）该晶种的活性周期较长，放置一个月左右仍具有活性。（3）用此晶种水解高浓度钛液，所得产品具有良好的颜料性能。