高白度耐光性金红石型二氧化钛基材的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高白度耐光性金红石型二氧化钛基材的制备方法，属于钛白粉颜 料应用技术领域。
【背景技术】
[0002] 二氧化钛，俗称钛白粉，具有高白度、不透明性和优异的物理化学性质等优点，被 广泛应用于塑料、涂料、油墨和造纸等领域。颜料领域作为二氧化钛的主要应用领域之一， 其中装饰纸生产领域对钛白粉的耐光性和白度有着更高的要求。
[0003] 装饰纸生产应用热压成型工艺，在制备过程中通过将二氧化钛与纤维一起经热固 性树脂浸渍，然后热压成型得到成品。通过这种工艺所得的层压纸具有耐撞击、耐热和致密 等特点，但对于钛白粉而言，这种层压纸结构致密，在受到外界紫外线辐照时，其表面的四 价钛容易被还原为三价钛，造成制品容易变灰色。因此为了能更好的将钛白粉应用于造纸 领域，在钛白粉生产中提高二氧化钛的抗变色能力即耐光性显得十分重要。
[0004] 钛白粉的传统工业化生产方法一般分为硫酸法和氯化法，其中硫酸法生产钛白粉 的主要原料是钛铁矿和硫酸，主要工艺步骤为：钛铁矿与硫酸酸解得到硫酸氧钛、经沉降、 结晶、水解生成偏钛酸；偏钛酸经一洗、漂白、二洗，盐处理、锻烧得到金红石型二氧化钛基 材；二氧化钛基材经湿磨、砂磨、包膜和气粉，得到钛白粉产品。
[0005] 在现有技术中，为了提高钛白粉产品的白度和耐光性，一般是对二氧化钛基材进 行包膜表面处理，如美国专利US2004025749公开了用磷酸盐、钛和铝的化合物加入到二氧 化钛的浆料中，提高了二氧化钛的抗变色能力，在纸张和层压纸领域中具有良好的应用效 果；又如美国专利US5785748采用铝化合物和磷酸在加热条件下配制成混合溶液，经过稀 释后加入到钛白粉浆料中，然后将pH值调节到3-3. 5,从而使处理剂沉淀在二氧化钛表面， 同时再附加添加碘酸钾、硫酸钾或硝酸钾到原料中，才能够使颜料的耐光性得到提高。这种 方法的缺点是，需要加入大量的磷酸到体系中，不仅造成了资源浪费，也增加了钛白粉的生 产成本，商业价值有限。
[0006] 再如中国发明专利CN101857736A和CN102585559A公开了采用在二氧化钛浆料 中加入锆化合物、硅化合物和铝等化物来提高钛白粉的耐光性能，这些专利都是通过包膜 手段来提高钛白粉的白度和耐光性，但采用多种化合物包膜不能从本质上大幅度提高耐光 性，我们应该从本质上提高二氧化钛基材的耐光性和白度上着手考虑。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种高白度和耐光性的金红 石型二氧化钛基材的制备方法。
[0008] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的： 一种高白度耐光性金红石型二氧化钛基材的制备方法，包括以下步骤： (1)制备偏钛酸：钛铁矿与硫酸酸解得到硫酸氧钛、经沉降、结晶、水解生成偏钛酸； (2) 偏钛酸一次水洗：用温度为50~80°C的去离子水洗涤偏钛酸，去除其中的金属杂 质； (3) 制备偏钛酸浆料：水洗后的偏钛酸中加水打浆，浆料的浓度为300~350g/L; (4) 漂白偏钛酸浆料：向偏钛酸浆料中加入硫酸，使浆料的硫酸浓度为60~90g/L，并 同时向浆料中加入5wt%的金红石型钛白煅烧晶种和0. 2wt%的Ti3+溶液，重量百分比计量 基准为偏钛酸浆料中二氧化钛的总质量，所述Ti3+溶液的浓度为0. 6g/L; (5) 偏钛酸二次水洗：将还原漂白的偏钛酸浆料，用带有真空负压的叶滤机或转筒真空 过滤机吸浆过滤，再用温度为50~80°C的去离子水洗涤偏钛酸，进一步洗去硫酸亚铁，以 便降低铁的含量，直至偏钛酸中亚铁离子的含量小于20ppm; (6) 盐处理：将二次水洗后的偏钛酸加水打浆，浆料的浓度为300~350g/L;向偏钛 酸浆料中一次加入0. 27wt%的钾化合物、0. 2wt%的磷化合物、0. 4-0. 8wt%的铝化合物和 0. 15wt%的锑氧化物，混合均匀，其重量百分比计量基准为二洗偏钛酸浆料中二氧化钛的总 质量，钾化合物加入量以K20计，磷化合物加入量以P205计，错化合物加入量以A1 203计，铺 氧化物加入量以Sb203计； (6)煅烧粉碎：上述偏钛酸浆料脱水煅烧，煅烧温度控制在1050°C~1080°C之间，煅烧 后粉碎即得金红石型二氧化钛基材。
[0009] 所述钾化合物选自氢氧化钾、碳酸钾和硝酸钾。
[0010] 所述磷化合物选自磷酸、六偏磷酸钠和磷酸铵。
[0011] 所述铝化合物选自硫酸铝、氯化铝和偏铝酸钠。
[0012] 所述锑氧化物为三氧化二锑。
[0013] 众所周知，偏钛酸需在高温下长时间煅烧才能转变为金红石型晶型，这必将导致 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，同时高温操作也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，本发明将金红石型钛白煅烧 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。
[0014] 偏钛酸在锻烧前加人少量化学品添加剂进行改性处理的过程，称为盐处理，亦称 前处理。盐处理是偏钛酸非常重要的一个步骤，偏钛酸如不进行盐处理而直接锻烧，得到的 产品颗粒往往很硬，色相及其他颜料性能很差，漆用性能低劣。盐处理步骤所用的添加剂有 很多，比如钾盐、磷盐、铝盐等，它们大多是金红石型的负催化剂。
[0015] 本发明通过在偏钛酸中依次加入磷盐、钾盐、铝盐和锑盐来调控煅烧过程，以达到 提高二氧化钛耐光性的目的，同时也不影响金红石型的转化。本发明盐处理剂配方是相互 配合、相辅相成的，若只单独添加其中一种或两种盐份则达不到理想效果。如少量P2〇5在 煅烧时可以提高产品的白度，使产品柔软好粉碎；钾盐可以抑制金红石型的转化速度、降低 煅烧脱硫温度、避免粒子烧结长大；铝盐可以进入到二氧化钛的晶格中，使得产品颗粒致 密，从本质上提高二氧化钛颜料的耐光性；同时为了消除铝盐含量的增加带来钛白粉黄相 的问题，本发明额外增加了锑氧化物，锑化合物的加入可以使钛白粉呈蓝相，进而使得本发 明制得的钛白粉能够在具有高耐光性的性能上也保持很高的白度，使得白度和耐光性得到 矛盾统一。但是这些盐的加入量也是有讲宄的，若加入过多，则抑制金红石型的转化，但加 入过少，则白度、耐候性又达不到理想效果。本发明通过一系列的实验得出：磷盐添加量为 1102的0. 20% (以P205计）；钾盐添加量为TiO2的0. 27% (以K20计）；铝盐舔加量为1102的 0. 4-0. 6% (以A1203计);锑盐舔加量为TiO2的0. 15% (以Sb203计)时，可以获得综合性能优 异、尚白度和尚耐候性的金红石型钦白粉基材。
[0016] 与现有技术相比，本发明的优点在于： (1) 在盐处理步骤通过调控盐处理配方，即可实现高白度高耐候性的钛白粉产品，与包 膜方法相比操作简单，方法更加有效； (2) 在盐处理步骤将铝含量提高至0. 4-0. 8%，使得铝盐在钛白粉晶体增长过程中进入 到晶格中，从而本质上提尚>氧化钦颜料的耐光性能； (3) 通过在盐处理过程引入锑盐，消除了铝含量提高带来的黄相问题，从而改善了产品 的白度； (4) 本发明盐处理剂配方保证了产品的白度和耐光性，同时降低煅烧温度至1050°C~ 1080°C之间即可得到金红石型二氧化钛基材，避免了煅烧温度过高对颜料性能产生的影 响，得到的产品分散性能好，白度高，耐光性强。
【具体实施方式】
[0017] 为了更加清楚的理解本发明的目的、技术方案及有益效果，下面对本发明做进一 步的说明，但并不将本发明的保护范围限定在以下实施例中。
[0018] 本发明高白度耐光性金红石型二氧化钛基材的制备方法，包括以下步骤： (1) 制备偏钛酸：钛铁矿与硫酸酸解得到硫酸氧钛、经沉降、结晶、水解生成偏钛酸； (2) 偏钛酸一次水洗：用温度为50~80°C的去离子水洗涤偏钛酸，去除其中的金属杂 质； (3) 制备偏钛酸浆料：水洗后的偏钛酸中加水打浆，浆料的浓度为300~350g/L; (4) 漂白偏钛酸浆料：向偏钛酸浆料中加入硫酸，使浆料的硫酸浓度为60~90g/L，并 同时向浆料中加入5wt%的金红石型钛白煅烧晶种和0.