[发明专利]二氧化钛的煅烧方法

说明书

本发明涉及一种煅烧二氧化钛的方法，具体说是一种通过在煅烧过程中，监控由锐钛矿变至金红石的结晶改性体来控制煅烧条件的方法。

二氧化钛颜料是通过锐钛矿或金红石的结晶改性体制备的，但通常优选的改性体是金红石。在用已知的“硫酸盐”法制备二氧化钛的方法中，二氧化钛被制成锐钛矿的形式。它们通常是通过在转炉中煅烧而转变成金红石结晶改性体的。

重要的是控制煅烧条件，最佳使用需大量能量的方法中的能量同时也控制产品的质量。一般在煅烧时，由于它们未完全转化成金红石而使颜色变差，并且在煅烧过度时产生难以使用的硬度大的产品。

已知的在炉中监控锐肽矿转变成金红石的方法是X射线衍射。但是，这种技术依赖于分步取样，并且结果在取样后的一段时间内不能利用。因此，煅烧炉可能是在基于X射线衍射分析的正确结果做出之前，在非最佳条件下操作的。

本发明的目的在于提供一种控制煅烧炉的方法，即在煅烧炉中频繁并迅速地监控锐钛矿向金红石的转变，这样在需要时，就能对条件进行较快的调整。

根据本发明，煅烧二氧化钛的方法包括采用光学探头通过喇曼光谱测定法监控锐钛矿二氧化钛向金红石二氧化钛的转变，光学探头设置在紧靠煅烧炉的位置，或连接在与煅烧炉相连的设备上。

此方法基于下列事实，即锐钛矿和金红石型的二氧化钛具有不同的喇曼光谱，尤其是锐钛矿的喇曼光谱在约142cm^-1喇曼位移上有强的窄线。金红石的喇曼光谱在约142cm^-1喇曼位移上也有光谱线，但此线较弱，因此不会对采用142cm^-1的线来判断锐钛矿的浓度造成大的影响。相对于金红石喇曼光谱中光谱线的其中之一，优选在约445或610cm^-1喇曼位移的光谱线的其中之一测定的该线的强度，可以用来测定在二氧化钛样品中锐钛矿和金红石的相对量，进而测定锐钛矿转变成金红石的程度。

喇曼光谱测定法基于测定由分子和晶体的散射辐射和入射辐射之间的波长位移。所用的入射辐射是单色的，并优选相干的。在本发明的方法中，优选采用波长在200nm到1100nm范围内的辐射，更优选在400nm到900nm范围内。采用在此范围内的波长简化了对光学元件如透镜的选择性。优选采用激光来发射入射辐射。

用于本发明方法的光探头设置在紧靠煅烧炉的位置，因此是在高温环境下工作的。光探头必须与高温隔离。但是免受高温优选是通过将喇曼分光计设置在与光探头有一定距离的位置，并沿光纤传递入射和散射辐射，从而使其避免高温影响。这些光纤适合用喇曼散射横断面小和在所用的波长范围光吸收低的二氧化硅或其它材料制成。

喇曼谱仪包括分析散射光频率和强度的装置和阻挡散射的激光辐射的装置，这种散射的激光辐射被称为瑞利散射，它会扩展到喇曼光谱。用于阻挡瑞利散射的装置可以是分散的，如连接在空间滤光片上的光栅或棱镜，或者是滤光器，它传递喇曼光波，但阻挡未位移的激光散射。滤光器优选是全息滤光器。频率分析仪可以采用干涉仪，但优选基于其中散射元件如光栅或棱镜连接在检测器上的散射镜片，所说检测器优选是多道检测器，如电荷耦合检测器(CCD)。采用多栅将高分辨的光谱分散到CCD中。这种仪器没有可移动部件，并且本身具有良好的校准稳定性。一种特别合适的仪器是由KaiserOptical Systems Inc提供的KaiserHoloprobe 532。

另一种分析仪包括连接在单个检测元件上的光波干涉仪，它的一个臂的光程长度可以调节，对从干涉仪出来的光谱进行傅里叶变换，以产生喇曼光谱。但优选散射仪器，因为它包括不可移动的元件，并且通常具有良好的信号干扰比。另外，将傅里叶变换仪用于热的材料是困难的，因为常规市售仪器是在红外运行的，而在红外范围里，样品灼热会产生干扰。

光波探头优选包括一个在激光传送纤维中阻挡产生的喇曼光谱的装置，和一个减弱由样品中产生的瑞利散射的装置。这些装置优选是全息滤光器。