一种高光泽、高耐候性金红石型钛白粉的锆铝包膜工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高光泽、高耐候性金红石型钛白粉的锆铝包膜工艺，它包括加热步骤，锆包膜步骤，铝包膜步骤和后续水洗、有机处理、气流粉碎步骤，其中所述锆包膜步骤中在钛白粉浆料中并流加入碱性锆溶液和硫酸，维持浆料pH值在8-11之间，碱性锆溶液的加入量以质量比ZrO2/TiO2=0.1-5%计，所述碱性锆溶液通过在过量的可溶性碳酸盐溶液中加入可溶性锆盐制得，其中MCO32-:MZrO2≥1.5。本发明方法巧妙避免了在锆包膜过程中直接加入酸性溶液导致体系pH值改变跨越等电点引起的絮凝、沉淀现象，同时保证了锆的均匀分散，有效的提高了金红石型钛白粉的光泽度和耐候性。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钛白粉生产【技术领域】，特别涉及一种金红石型钛白粉的锆铝包膜工 艺。 -种高光泽、高耐候性金红石型钛白粉的锆铝包膜工艺
【背景技术】
[0002] 钛白粉，俗称二氧化钛，被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用 于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。在自然界中二氧化钛存在三种晶 型：板钛型、锐钛型和金红石型。板钛型是不稳定的晶型，无工业利用价值，锐钛型和金红石 型都具有稳定的晶格，是重要的白色颜料和瓷器釉料，与其他白色颜料比较有优越的白度、 着色力、遮盖力、耐候性、耐热性、和化学稳定性，特别是没有毒性。
[0003] 钛白粉的工业化生产方法一般分为硫酸法和氯化法。其中硫酸法是一种常见的传 统的生产方法，其步骤一般包括：钛精矿与浓硫酸进行酸解反应生产硫酸氧钛、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粗品； 二氧化钛粗品经湿磨、砂磨、包膜和气粉，得到钛白粉产品。
[0004] 为了提高钛白粉的耐候性和化学稳定性，改善二氧化钛在各种不同介质中的分散 性，通常要对Ti〇2进行表面处理。无机表面处理是在Ti〇 2粒子表面形成一层均匀的无色或 白色无机氧化物膜，以堵塞Ti〇2的光活化点，提高耐候性。有机处理是在Ti〇 2表面包膜一 层有机氧化物膜或表面活性剂，使Ti〇2粒子保持分散状态并可以在有机介质中更好地相容 均匀地分散。对Ti〇 2进行表面处理，一般先进行无机表面处理，后进行有机表面处理。无机 表面处理的材料一般用Si02 (二氧化硅）、A1203 (氧化铝）、ZrO (氧化锆）、ZnO (氧化锌）。 国内通用产品常见包膜方式为锆铝包膜，其典型包膜过程包括加热步骤、锆包膜步骤、铝包 膜步骤和后续水洗、有机处理、气流粉碎步骤，也就是将经砂磨工序粉碎合格的Ti0 2料浆加 热至50°C左右，加入分散剂，调整pH，在一定时间内一次性加入计量的硫酸锆完成锆包膜 步骤，然后采用氢氧化钠缓慢调整体系pH在8-11之间，并流加入偏铝酸钠和硫酸完成铝包 膜步骤，稳定体系pH不变，熟化，调整料浆至中性，水洗，有机处理和气流粉碎，得到分散性 优良的颜料级金红石型钛白粉。该包膜过程中的锆包膜步骤，采用一次性加入计量的硫酸 锆，由于硫酸锆溶液是强酸性，因此包膜料浆pH会从8-11的碱性环境逐步下降至1-2的酸 性环境，由于金红石型二氧化钛的一个等电点在pH值为5-7之间(所谓等电点是指颗粒表 面电位为Omv，此时颗粒间的分散无法通过静电排斥作用达到，因此颗粒料浆将发生失稳， 絮凝，沉淀等一系列恶化分散性能的后果)，因此随着硫酸锆的加入，在体系酸度降低而逐 渐跃过等电点的过程中，二氧化钛颗粒发生团聚，后续的锆、铝包覆过程也仅仅是发生在二 氧化钛的团聚体上，随着最终团聚体经气流粉碎解聚得到大量裸露，大量未经锆铝包膜处 理的二氧化钛颗粒严重影响到钛白粉的分散性能和耐候性能。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就在于针对现有技术中不足，提供一种金红石型钛白粉的锆铝包膜 工艺，它可以提商钦白粉的分散性能和耐候性能，得到商分散、商耐候性的金红石型钦白 粉。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的： 一种高光泽、高耐候性金红石型钛白粉的锆铝包膜工艺，包括加热步骤，锆包膜步骤， 铝包膜步骤和后续水洗、有机处理、气流粉碎步骤，其中所述锆包膜步骤是在钛白粉浆料中 并流加入碱性锆溶液和硫酸，维持浆料pH值在8-11之间，碱性锆溶液的加入量以质量比 Zr02/Ti02=0. 1-5%计，所述碱性锆溶液通过在过量的可溶性碳酸盐溶液中加入可溶性锆盐 制得，其中 Mc〇32-:Mzr〇2 ^ 1. 5。
[0007] 优选的是，所述可溶性锆盐选自硫酸锆、二氯氧锆；所述可溶性碳酸盐选自碳酸 钠、碳酸钾。
[0008] 更优的是，碱性锆溶液采用硫酸锆加入到过量的可溶性碳酸盐中制得，最好现制 现用。因为碱性的锆的配位化合物在实验室恒温25°C下基本上能够稳定存在10天以上，但 是随着存储温度的提高，稳定时间缩短，溶液中将产生大量沉淀，在工业现场实际生产中， 现场温度波动较大，为了不增加温控成本，因此最好现制现用。
[0009] 由于钛白粉的包膜过程需在pH为8-11的碱性环境下进行，如果直接将可溶性锆 盐溶液加入钛白粉浆料中进行包膜，因为现有生产条件中使用的可溶性锆盐(如硫酸锆、二 氯氧锆）均为酸性，而钛白粉浆料呈碱性，将会即刻产生沉淀，无法均匀分散，影响包覆效 果。而若在浆料中加碱性锆盐，因为碱性锆盐如碳酸锆、氢氧化锆等均为不溶性盐，它们也 很难均匀分散，达不到理想的包覆效果。
[0010] 因此，本发明使用碱性可溶的锆溶液用于锆包膜步骤，保证锆的良好分散和包膜 过程的碱性环境，该碱性可溶的锆溶液是通过将可溶性锆盐加入到过量的可溶性碳酸盐溶 液中，锆离子与碳酸根形成碱性配位化合物从而得到的。该碱性锆溶液能够稳定存在，在 制备过程中必须注意将锆盐溶液在搅拌状态下加入到可溶性碳酸盐溶液中，否则由于碱性 锆盐溶液不能在酸性条件下存在，改变加料顺序得到的是氢氧化锆沉淀，而不是溶液；同时 根据配位化合物的形成原理，配体数与金属离子达到化学计量所需要的最小物质的量的配 t匕，可溶性碳酸盐溶液必须过量，同时由于大多数配位化合物都存在着分解平衡，因此为了 维持配位化合物的稳定性，配体必须过量。
[0011] 本发明通过将可溶性锆盐加入到过量的可溶性碳酸盐溶液中（Mro32_:M Zri)2 > 1. 5) 得到碱性条件下的可溶性锆盐溶液，在钛白粉锆包膜过程中直接将其加入进行包膜，保证 了包膜过程一直在碱性环境下进行，它不仅避免了酸碱相遇产生沉淀，使锆得到良好的分 散，也避免了现有技术中由于酸性溶液的加入导致浆料pH值降低而跃过二氧化钛等电点 而产生絮凝、沉淀现象，防止二氧化钛发生团聚，从而达到理想的包覆效果。
[0012] 与现有技术相比，本发明方法巧妙避免了在锆包膜过程中直接加入酸性溶液导致 体系pH值改变跨越等电点引起的絮凝、沉淀现象，同时保证了锆的均匀分散，有效的提高 了金红石型钛白粉的光泽度和耐候性。
【具体实施方式】
[0013] 为了更加清楚的理解本发明的目的、技术方案及有益效果，下面结合具体实施方 式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。在不脱离 本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更， 均应包括在本发明的范围内。
[0014] 实施例1 : 将经砂磨工序粉碎合格的Ti02料浆加热至50 °C左右，加入分散剂，调整体系 pH=10. 0-10. 5,在60min内并流加入计量的碱性锆溶液和硫酸溶液，维持体系pH在 10. 0-10. 5之间（其中碱性锆溶液加量以Zr02/Ti02=0. 1 %计，碱性锆溶液通过在过量的碳 酸钠溶液中加入硫酸锆制得，制得的碱性锆溶液中5)，熟化30min，并流加入 偏铝酸钠和硫酸溶液，偏铝酸钠加入量Al 203/Ti02=3. 5%，稳定体系pH=10. 0-10. 5之间，熟 化30min，调整料浆至中性，水洗，有机处理和气流粉碎，得到金红石型钛白粉样品A，测试 产品的20°光泽和耐候性。
[0015] 实施例2: 将经砂磨工序粉碎合格的Ti02料浆加热至50°C左右，加入分散剂，调整pH=8. 0-9. 5， 在60min内并流加入计量的碱性锆溶液和硫酸溶液，维持体系pH在8. 0-9. 5之间(其中碱 性锆溶液加量以Zr02/Ti02=l. 5 %计，碱性锆溶液通过在过量的碳酸钾溶液中加入硫酸锆制 得，制得的碱性锆溶液中132_為^=2. 5)，熟化30min，并流加入偏铝酸钠和硫酸溶液，偏铝 酸钠加入量Al203/Ti0 2=3. 5%，稳定体系pH=10. 0-10. 5之间，熟化30min，调整料浆至中性， 水洗，有机处理和气流粉碎，得到金红石型钛白粉样品B，测试产品的20°光泽和耐候性。
[0016] 实施例3: 将经砂磨工序粉碎合格的Ti02料浆加热至50 °C左右，加入分散剂，调整 pH=10. 5-11. 0,在60min内并流加入计量的碱性锆溶液和硫酸溶液，维持体系pH在 10. 5-11. 0之间(其中碱性锆溶液加量以Zr02/Ti02=2. 5 %计，碱性锆溶液通过在过量的碳 酸钠溶液中加入二氯氧锆制得，制得的碱性锆溶液中5)，熟化30min，并流加 入偏铝酸钠和硫酸溶液，偏铝酸钠加入量Al 203/Ti02=3. 5%，稳定体系pH=10. 0-10. 5之间， 熟化30min，调整料浆至中性，水洗，有机处理和气流粉碎，得到金红石型钛白粉样品C，测 试产品的20°光泽和耐候性。
[0017] 实施例4: 将经砂磨工序粉碎合格的Ti02料浆加热至50°C左右，加入分散剂，调整pH=9. 5-10. 0， 在60min内并流加入计量的碱性锆溶液和硫酸溶液，维持体系pH在9. 5-10. 0之间(其中 碱性锆溶液加量以Zr02/Ti02=5. 0%计，碱性锆溶液通过在过量的碳酸钾溶液中加入二氯氧 锆制得，制得的碱性锆溶液中Μω32_:Μ ΖΛ2=5. 5)，熟化30min，并流加入偏铝酸钠和硫酸溶液， 偏铝酸钠加入量Al203/Ti0 2=3. 5%，稳定体系pH=10. 0-10. 5之间，熟化30min，调整料浆至中 性，水洗，有机处理和气流粉碎，得到金红石型钛白粉样品D，测试产品的20°光泽和耐候 性。
[0018] 对比实施例1 : 将经砂磨工序粉碎合格的Ti02料浆加热至45-55 °C左右，加入分散剂，调整 pH=10. 0-10. 5,在60min内一次性加入计量的硫酸锆，其加量以Zr02/Ti02=l. 5 %，然后采用 氢氧化钠缓慢调整体系pH在10. 0-10. 5之间，熟化30min，并流加入偏铝酸钠和硫酸溶液， 偏铝酸钠加入量Al203/Ti0 2=3. 5 %，稳定体系pH不变，熟化30min，调整料浆至中性，水洗， 有机处理和气流粉碎，得到金红石型钛白粉样品E，测试产品的20°光泽和耐候性。
【权利要求】
1. 一种高光泽、高耐候性金红石型钛白粉的锆铝包膜工艺，包括加热步骤，锆包膜步 骤，铝包膜步骤和后续水洗、有机处理、气流粉碎步骤，其特征在于：所述锆包膜步骤中在钛 白粉浆料中并流加入碱性锆溶液和硫酸，维持浆料pH值在8-11之间，碱性锆溶液的加入量 以质量比Zr0 2/Ti02=0. 1-5%计，所述碱性锫溶液通过在过量的可溶性碳酸盐溶液中加入可 溶性锆盐制得，其中^32_為_彡1. 5。
2. 根据权利要求1所述的一种高光泽、高耐候性金红石型钛白粉的锆铝包膜工艺，其 特征在于：所述可溶性锆盐选自硫酸锆、二氯氧锆。
3. 根据权利要求2所述的一种高光泽、高耐候性金红石型钛白粉的锆铝包膜工艺，其 特征在于：所述可溶性锆盐为硫酸锆。
4. 根据权利要求1所述的一种高光泽、高耐候性金红石型钛白粉的锆铝包膜工艺，其 特征在于：所述可溶性碳酸盐选自碳酸钠、碳酸钾。
【文档编号】C09C3/06GK104119702SQ201410347649
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】钟晓英, 范先国, 代堂军 申请人:四川龙蟒钛业股份有限公司