一种实现钛白粉粒径规整化的方法技术

本发明专利技术涉及一种实现钛白粉粒径规整化的方法，分析偏钛酸料浆中偏钛酸一次团聚体粒子的粒径，根据偏钛酸一次团聚体粒子的粒径大小来调控偏钛酸煅烧过程的升温速率，进而实现钛白粉粒径规整化。与现有技术相比，本发明专利技术通过依据偏钛酸一次团聚体的尺度大小调控钛白粉煅烧的不同阶段的升温速率，从而改变粒子在不同温度段的停留时间，达到调节TiO

【技术实现步骤摘要】
一种实现钛白粉粒径规整化的方法
本专利技术属于钛白粉生产
，尤其是涉及一种实现钛白粉粒径规整化的方法。
技术介绍
二氧化钛俗称钛白粉。作为一种多晶型化合物，二氧化钛优良的光学性能来自其特定的晶型结构，具体结晶形态有板钛型、锐钛型和金红石型三种。板钛晶型属斜方晶系，十分不稳定，当温度高于650℃时会转变为金红石晶型，其通常只存在于自然矿石中，工业价值也不大。锐钛晶型在温度低于165℃时，比较稳定，但当温度超过730℃时，锐钛晶型开始迅速向金红石晶型转化，锐钛型二氧化钛具有很好的光催化效果，广泛应用于光触媒及空气产品。金红石晶型是三种晶型中最稳定的结晶形态，性能优越，是应用及其广泛的颜料产品。锐钛晶型和金红石晶型同属四方晶系，但各自的晶格排列大有不同。锐钛型晶体一般是近似规则的八面体；而金红石型常为孪晶，其晶体细长，呈棱形。锐钛型和金红石型的XRD谱图也是有区别，主要体现在不同的衍射主强峰出峰位置。锐钛型的衍射主强峰出峰位置在衍射角25.5°的附近，金红石型的衍射主强峰出峰位置在衍射角27.5°附近。锐钛型二氧化钛和金红石型二氧化钛分别在偏钛酸煅烧过程中的不同温度段形成。目前工业上生产钛白粉的方法主要是硫酸法。硫酸法生产钛白粉主要包括钛铁矿酸解、硫酸氧钛溶液水解、偏钛酸漂洗、煅烧和煅烧后处理五个步骤。其中最主要的化学反应如式(1-4)所示。酸解过程：FeTiO3+3H2SO4→Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O(1)FeTiO3+2H2SO4→TiOSO4+FeSO4+2H2O(2)r>水解过程：TiOSO4+2H2O→H2TiO3↓+H2SO4(3)煅烧过程：TiO2·xSO3·yH2O→TiO2+xSO3↑+yH2O↑(4)在硫酸法工艺中，水解和煅烧是钛白粉生产中两个最为重要的工序。硫酸氧钛溶液的水解是将含钛组分由可溶性状态转变为难溶性状态，实现二氧化钛组分和钛液中可溶性杂质的分离。水解过程经历三个阶段，第一阶段，加入钛液中的晶种溶解于钛液中形成晶核，晶核具有巨大暴露表面，通过某种二次成核理论(ECSN)在钛液中诱导更多的晶核形成，晶核粒径一般为4-8nm。第二阶段，在悬浮液中，晶核不能独立存在而是由晶桥相互连接，形成可承受表面电荷变化的牢固结构，即偏钛酸一次团聚粒子，偏钛酸一次团聚粒子粒径一般为60-100nm。第三阶段，一次团聚体相互碰撞，通过硫酸根等化学键作用形成微米级的二次团聚体，即为水解最终得到的是偏钛酸二次团聚粒子，偏钛酸二次团聚粒子一般粒径为1-2μm。水解过程是个复杂过程，既有化学反应，又同时存在偏钛酸粒子生长和团聚的过程。其中偏钛酸原级粒子及一次团聚粒子的形成是关键，不同粒度的原级粒子由于其表面能的差异导致形成的一次团聚粒子的大小不同，进而影响到二次团聚粒子的粒径及其分布。由于偏钛酸的比表面积较大，当它从硫酸氧钛溶液中析出时顺带也吸附了大量的杂质。在工业生产上，偏钛酸漂洗主要是指将偏钛酸沉淀经酸洗、水洗以除去被偏钛酸沉淀吸附的杂质，如硫酸、硫酸亚铁、硫酸镁、硫酸钙、硫酸铝、硫酸锰和金属氧化物等。偏钛酸的煅烧工序是形成二氧化钛的过程，煅烧后窑下物的晶型、粒径大小及其分布直接影响钛白粉成品的颜料性能，是非常重要的二氧化钛质量评价指标。煅烧条件的控制对TiO2晶粒的生长、粒子的形貌及其粒度大小、晶型转化和最终产品的颜料性能产生直接影响。关于偏钛酸的煅烧工序研究较多。中国专利CN110357153A公开了一种工业偏钛酸水热制备高纯二氧化钛的方法：将经水热洗涤的偏钛酸料浆过滤干燥后，以10～15℃/min的升温速率将温度从室温升至840～900℃，并在840～900℃下保温60～300min，然后冷却至室温，粉碎、研磨，可得到粒径在150nm-220nm、金红石含量达99.8％以上高纯二氧化钛，该专利的煅烧过程是以一个特定速率升温至指定温度的，该专利记载其煅烧的主要作用是去除样品中的水分、易挥发份、灰分和硫酸根等杂质。中国专利CN103183379B公开了一种利用闪蒸干燥偏钛酸再进行煅烧的方法：将偏钛酸通过闪蒸干燥至水分含量为10-15％后引入回转窑，物料分为三个阶段进行煅烧，各阶段分别占回转窑整个长度的三分之一，第一阶段温度控制在500-700℃，停留时间1.5-2个小时，这一段主要作用是再次脱去偏钛酸里面的结晶水；第二阶段温度控制在700-850℃，停留时间1.5-2个小时，这一段主要作用是脱硫；第三阶段温度控制在850-950℃，停留时间2-2.5个小时，这一段主要作用是晶型转化、粒径成长及煅烧合格产品从回转窑低端流出至冷却滚筒。在本申请专利技术创造过程中，本申请的专利技术人发现该专利中存在以下问题：1、第一阶段的升温速率为1.67-2.22K/min，第二阶段的升温速率为1.25-1.66K/min，第三阶段的升温速率为0.67-0.83K/min，该专利的升温速率一直比较慢，煅烧时间比较长，2、该专利还是传统地认为煅烧中是先脱水后脱硫，在本申请专利技术创造过程中，本申请的专利技术人研究发现，偏钛酸脱除自由水后，其脱除氢键水和多层吸附水是和脱硫相伴同时进行。3、该专利中第三阶段温度控制在850-950℃，该煅烧温度没有考虑到晶体的晶型转化速率与晶体生长速率与温度的相关性的规律的不同，不能同时达到控制晶体粒径和获得高金红石转化率的目的。中国专利CN108408770A公开了一种偏钛酸除硫生产工艺，该专利记载其煅烧过程为：以80min升至780℃，780℃保温1h；15min升至910℃，910℃保温。在本申请专利技术创造过程中，本申请的专利技术人发现该专利中存在以下问题：该专利中从780℃升至910℃的过程升温速率快，大于8K/min，同样该煅烧温度也没有考虑到晶体的晶型转化速率与晶体生长速率与温度的相关性的规律不同，存在晶体快速生长、而TiO2从锐钛型向金红石型转化的时间不足的问题。中国专利CN110683577A公开了一种通过调整粒度改善钛白粉白度的方法，此专利将窑前压滤得到的偏钛酸滤饼在120-160℃温度下烘干4-6h，然后按照1h升温至600℃，然后按照1℃/min升温至960℃的温度曲线在马弗炉中进行煅烧，最终的粒径在200nm-390nm范围内。本申请的专利技术人发现该专利中存在以下问题：该专利直接从600℃升至960℃的过程升温过慢，导致停留时间延长，晶粒生长加速而粒径分布差异加剧。如上所述，现有技术中研究方向一个是研究水解过程，另一个是研究煅烧工艺。但是现有技术没有考虑偏钛酸质量差异对煅烧过程的影响，即现有技术中至今还未有研究涉及到偏钛酸形成机理，没有认识到偏钛酸的原级粒子及其形成的一次团聚粒子的形貌大小是决定偏钛酸质量的关键，并没有研究偏钛酸一次团聚体粒子的粒度大小与后续偏钛酸煅烧过程温度控制之间的关系，没有针对偏钛酸一次团聚体粒子的粒度差异的偏钛酸煅烧温度控制方法。这样必然会导致钛白粉不同批次产品的粒径波动较大。这是因为，对钛液水解有较大影响的因素主要包括两大类：一类是钛液的指标，主要包括了钛液的稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现钛白粉粒径规整化的方法，其特征在于，分析偏钛酸料浆中偏钛酸一次团聚体粒子的粒径，根据偏钛酸一次团聚体粒子的粒径大小来调控偏钛酸煅烧过程的升温速率，进而实现钛白粉粒径规整化；偏钛酸料浆中偏钛酸一次团聚体粒子的粒径较小时，在煅烧过程中需要升温速度快一些，偏钛酸料浆中偏钛酸一次团聚体粒子的粒径较大时，则在煅烧过程中需要升温速度慢一些。/n

【技术特征摘要】
1.一种实现钛白粉粒径规整化的方法，其特征在于，分析偏钛酸料浆中偏钛酸一次团聚体粒子的粒径，根据偏钛酸一次团聚体粒子的粒径大小来调控偏钛酸煅烧过程的升温速率，进而实现钛白粉粒径规整化；偏钛酸料浆中偏钛酸一次团聚体粒子的粒径较小时，在煅烧过程中需要升温速度快一些，偏钛酸料浆中偏钛酸一次团聚体粒子的粒径较大时，则在煅烧过程中需要升温速度慢一些。


2.根据权利要求1所述实现钛白粉粒径规整化的方法，其特征在于，当所述偏钛酸一次团聚体粒子的粒径大小为40-80nm时，调控偏钛酸煅烧过程的升温速率的方法为：
在制备钛白粉的煅烧步骤中，采用控制升温速率分段煅烧的方式进行，将煅烧过程划分为三个温度段进行分段煅烧，第一段25℃-800℃，采用的升温速率为5-10K/min，停留时间155min-77min；第二段800℃-950℃，采用的升温速率为0.5-1.5K/min，停留时间300min-100min；第三段950℃-1000℃，采用的升温速率为5-7K/min，停留时间10min-7min。


3.根据权利要求2所述实现钛白粉粒径规整化的方法，其特征在于，偏钛酸一次团聚体粒子的粒径为40-55nm时，在制备钛白粉的煅烧步骤中，第二段800℃-950℃，采用的升温速率为1.0-1.5K/min，第三段950℃-1000℃采用的升温速率为6-7K/min；偏钛酸一次团聚体粒子的粒径为65-80nm时，第二段800℃-950℃，采用的升温速率为0.5-0.7K/min，第三段950℃-1000℃采用的升温速率为5K/min；偏钛酸一次团聚体粒子的粒径在55-6...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈葵，王子楠，朱容梅，林发蓉，张玉荣，杜国华，熊怀忠，
申请(专利权)人：华东理工大学，龙佰四川钛业有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31