一种高遮盖力金红石型二氧化钛基材生产方法
【专利说明】一种高遮盖力金红石型二氧化钛基材生产方法
[0001] 【技术领域】本发明涉及钛白粉颜料技术领域，尤其是一种采用硫酸法制备高遮盖 力的金红石型二氧化钛基材的方法，该二氧化钛基材特别适用于颜料体积浓度高的涂料和 油墨领域。
[0002] 【【背景技术】】金红石型钛白粉具有遮盖力大、消色力高和抗粉化性能强等优点，其 光化学稳定性和光泽度均好于锐钛型钛白粉，是白色颜料中最好的品种，被广泛应用于塑 料、涂料和油墨等领域，其生产方法主要有硫酸法和氯化法。其中酸法生产钛白粉的主要 原料是钛铁矿和硫酸，基本工艺流程包括：偏钛酸的制备、偏钛酸漂白漂洗、盐处理、煅烧粉 粹、后处理等阶段。
[0003] 偏钛酸的制备主要是用工业硫酸分解经磁选、干燥、磨细后的钛铁矿，加水浸取、 加铁粉还原后制成钛液，经沉降、过滤分离掉绿矾等固体杂质，制成清钛液，再浓缩、水解制 成偏钛酸(水合二氧化钛)。
[0004] 漂白漂洗主要是洗掉Fe2+，因为在水洗过程中随着pH值升高，Fe2+会氧化成Fe3+， 三价铁在pH>2. 5时会水解而沉淀出不溶于水的氢氧化铁，无法通过水洗的方法除去，而 微量的铁杂质就会对产品白度形成不良影响。为此需要将水洗后的偏钛酸用锌粉、铝粉或 三价钛溶液进行漂白处理，将三价铁还原为低价的硫酸亚铁用水洗去，同时也可除去偏钛 酸中吸附的铬、钒等杂质。若使用一次水洗方法除铁，长时间水洗也难以完全除去杂质铁。 工业上常用的漂白方法有锌粉-硫酸、铝粉-硫酸及三价钛-硫酸漂白法，其中三价钛漂白 由于对产品不产生二次污染而广泛采用，所以本发明采用的是三价钛-硫酸漂白法。
[0005] 传统硫酸法工艺生产时，钛液水解制得的偏钛酸需在高温下长时间煅烧才能转变 为金红石型晶型，必将导致粒子团聚或烧结，造成产品晶格缺陷过多，晶粒过大且很硬，进 而影响产品的分散性、遮盖力和颜料性能，同时高温操作给钛白生产带来一定困难，因而， 要得到性能优良的金红石型钛白粉，在生产过程中必须控制好偏钛酸转化的工艺条件，将 金红石型煅烧晶种加入煅烧前的偏钛酸中，在煅烧处理时，该晶种在钛白粉由锐钛型向金 红石型转化的过程中起诱导转化的作用，从而降低了转化温度，同时使颜料粒子外形圆滑， 颜料性能优越。
[0006] 钛液水解生成的偏钛酸经洗涤去除杂质离子后，若不进行盐处理而直接送至回 转窑煅烧，成品的白度、消色力、吸油量、遮盖力等远远达不到钛白颜料质量要求。然而同样 的偏钛酸经过适当的盐处理和煅烧就会生产出高颜料性能的成品，大大提高经济效益，所 以在钛白生产中盐处理阶段不可忽视。事实上，对于偏钛酸质量和成品质量的不同要求，加 入盐处理的种类和数量是不同的。实验证明钾盐可使煅烧后颗粒疏松，调整金红石晶型，磷 盐是离子的成长剂，可以提高钛白粉的水分散性，铝盐可以防止Ti02烧结，避免颗粒过分长 大。
[0007] 作为二氧化钛颜料的主要应用领域，尤其是颜料体积浓度高的涂料和油墨用钛白 粉对遮盖力有很高的要求。钛白粉的遮盖力是指遮盖被涂物体表面底色的能力，即通过颜 料介质涂布于物体表面，隔绝光的透明程度的最小用量来表示，用g/m2表达。颜料遮盖力 越大，则遮盖底子不使其显露出来漆膜越薄，所用颜料量越少，遮盖力又称不透明度。二氧 化钛的遮盖力主要取决于它的晶体结构、折射率和对光的散射能力，按照光学原理当产品 粒径在可见光波长的二分之一范围即0. 2~0. 35微米内，颜料对可见光具有最大的散射力， 可获得更高的遮盖力、消色力和纯正的白度。此外涂料用钛白颜料遮盖力与涂料的体积浓 度（PVC)有关系，在低颜料体积浓度时（PVC为20%以下)，小粒径二氧化钛的遮盖力大，但 PVC达到30%以上时，大粒径的二氧化钛颜料遮盖力大，总的平均遮盖力在PVC达到30%时 达到最大值，超过这个数值，遮盖力会下降，最终影响颜料的性能，所以二氧化钛应该需要 最佳的使用粒径，本发明人在实验中大量实验发现当二氧化钛的原级D50粒径(平均粒径） 在0. 25微米时具有最佳的颜料性能。实践表明，钛白粉的粒径和粒径分布制约着钛白粉的 产品质量，不仅直接影响钛白粉的白度、消色力、遮盖力、吸油量等颜料性质，而且还关系到 钛白粉的分散稳定性、光泽、耐候性等应用性能。
[0008] 美国专利US3437502报道通过在二氧化钛表面包覆基于二氧化钛质量0. 5-25% 的二氧化硅和一层基于二氧化钛质量0. 1-10%的氧化铝，在二氧化硅包覆层处理层中，通 过控制二氧化硅的疏松程度来提高二氧化钛的遮盖力，但是由于引入疏松的二氧化硅处 理，增加了钛白粉的比表面积，影响钛白粉的粒径范围，所以提高钛白粉的遮盖力有限。
[0009] 中国发明专利CN102936040B采用在偏钛酸煅烧前的盐处理优化处理来获得高遮 盖力的二氧化钛，即通过依次加入基于二氧化钛质量〇. 1-0. 8%的含镁化合物、基于二氧化 钛质量〇. 2-1. 0%的含锆化合物、基于二氧化钛质量0. 1-0. 8%的含钾化合物，所获得的二氧 化钛颜料同时具有较高的光泽度。虽然该专利通过煅烧前的盐处理能够在一定程度上提高 二氧化钛的遮盖力，但是提高幅度有限，未能将二氧化钛的原级粒径控制在适宜的范围内， 对可见光的散射未达到最佳效果，同时锆盐的引入还增加了成本。
[0010] 总之，无论采用包覆法还是煅烧前盐处理的方法，都未能很好的得到原级粒径在 0. 20~0. 35微米内的二氧化钛，从而使提高二氧化钛遮盖力的程度有限。
[0011]
【发明内容】
： 本发明的目的在于：针对上述存在问题，提供一种能够制备出原级粒径在0. 20~0. 35 微米内的金红石型二氧化钛的方法，大大提高二氧化钛的遮盖力。
[0012] 本发明的技术方案如下： 一种高遮盖力金红石型二氧化钛基材生产方法，工艺步骤包括偏钛酸浆料的制备、偏 钛酸浆料的漂白漂洗、盐处理、煅烧粉粹等步骤，其特征在于： (1)向漂白过程中的偏钛酸溶液中加入相当于Ti02含量的2. 0-4. 0%的金红石煅烧晶 种，并用去离子水制成1102的含量为300-350g/L的偏钛酸浆； (2 )然后向上述偏钛酸浆中依次加入钾化合物、磷化合物、铝化合物和镁化合物的水溶 液，混合均匀，然后在940-960°C的温度下对混合溶液脱水煅烧转化，制得金红石型二氧化 钛基材。
[0013] 作为优选：步骤（2)中所述的钾化合物选自氢氧化钾、碳酸钾、硝酸钾中的至少一 种，其加入量以K20质量计，占水洗后的偏钛酸浆中二氧化钛总质量的0. 1-0. 3%。
[0014] 进一步：所述的钾化合物为氢氧化钾。
[0015] 作为优选：所述的磷化合物选自磷酸、六偏磷酸钠和磷酸铵中的至少一种，其加入 量以P2〇5质量计，占水洗后的偏钛酸浆中二氧化钛总质量的〇. 05-0.2%。
[0016] 进一步：所述的磷化合物为磷酸。
[0017] 作为优选：步骤（2)中所述的铝化合物选自硫酸铝、氯化铝和偏铝酸钠等中的至 少一种，其加入量以A1203质量计，占水洗后的偏钛酸浆中二氧化钛总质量的0. 2-0. 4%。
[0018] 进一步：所述的铝化合物为硫酸铝，硫酸铝为硫酸盐体系，在硫酸法钛白粉生产流 程中不引入其他阴离子盐，便于废水、废渣的处理。
[0019] 作为优选：步骤（2)中所述的镁化合物选自氢氧化镁、氧化镁、碳酸镁和硫酸 镁中的至少一种，其加入量以MgO质量计，占水洗后的偏钛酸浆中二氧化钛总质量的 0. 05-0. 15%。
[0020] 进一步的：所述的镁化合物为硫酸镁，硫酸镁为硫酸盐体系，在硫酸法钛白粉生产 流程中不引入其他阴离子盐，便于废水、废渣的处理。
[0021] 本发明是通过降低煅烧晶种的含量，在偏钛酸中加入磷盐、钾盐和铝盐，积极加入 镁盐等盐处理剂来调控煅烧过程，以达到提高二氧化钛遮盖力的目的。
[0022] 在硫酸法制备二氧化钛过程中，通过降低煅烧晶种的含量可以提高二氧化钛的原 级粒径（原级粒径，是指大小为0. 20~0. 35微米具有颜料性能的钛白粉的晶体尺寸），但晶 种含量的降低会导致煅烧温度的提高，从而影响二氧化钛成品的遮盖力、消色力等性能，为 了避免煅烧温度的增高，本发明在盐处理过程中通过调节加入盐类物质来控制煅烧温度过 高的问题，本发明通过积极加入镁盐促进剂以降低煅烧温度，另外通过加入适当的磷盐、钾 盐和铝盐可以调控二氧化钛的形貌，所获得的二氧化钛的原级粒径大小较合适，可以有效 控制>氧化钦粒径在0. 20~0. 35微米范围以内，从而提尚>氧化钦的光反射能力，最终提 高二氧化钛的遮盖力。
【具体实施方式】
[0023] 下面对本发明作详细的说明： 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行 进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定于本 发明。
[0024] 本实施例高遮盖力钛白粉的制备方法包括下述主要步骤： (1) 制备偏钛酸浆料：取一洗过后的偏钛酸，加入足量的去离子水，配置成浆料总质量 为1500g，Ti02含量为25%的偏钛酸浆料； (2) 偏钛酸的漂白：向偏钛酸浆料中缓慢加入90g9