一种高光泽和高遮盖氯化法钛白粉制备方法与流程
本发明涉及化工领域，尤其涉及一种高光泽和高遮盖氯化法钛白粉制备方法，具体地讲，涉及氯化副产盐酸制备高光泽度和高遮盖力氯化法钛白粉的方法。
背景技术：
1、相对于硫酸法钛白，氯化法钛白具有生产能力大、综合能耗低、产品质量好等特点，且易于集中控制、流程短、废副少，符合绿色低碳发展要求。欧美发达国家钛白粉生产以氯化法工艺为主，产能高度集中，单体规模大，品牌知名度高。与海外市场相比，中国氯化法钛白集中度较低，产能及产品质量仍有较大差距。我国氯化法生产起步晚，但随着环保法规的强化和用户对产品质量要求的提高，再加上国家政策引导，近几年我国已迎来氯化法工艺的快速发展期，氯化法钛白在国内的整体产能占比已有明显提升。
2、由于氯化法钛白与硫酸法钛白工艺的不同，造成其初品杂质种类及含量也不尽相同。比如，氯化法钛白在反应过程中需要加入一定量的nacl进行冷却除疤，故初品中含有部分nacl杂质（通常≥1%），这对后处理分散打浆和无机包膜均有一定影响。因此，氯化法钛白后处理工艺体系应与氯化钛白初品性质及氯化法钛白产线工艺特性相适应，比如全球最大的氯化法钛白制造商美国科慕公司，就采用了氯化副产盐酸进行盐酸体系后处理包膜的工艺。然而，当前国内氯化法钛白企业大多仍使用硫酸体系无机包膜工艺，未使用盐酸体系无机包膜工艺，且没有企业利用氯化尾气洗涤产生的喷淋酸（即氯化副产盐酸）进行生产，这导致了原料浪费和废副处理成本高。氯化法钛白后处理硫酸体系无机包膜工艺无法回用氯化副产盐酸，还会在后处理系统和产品中引入硫；而充分利用氯化副产盐酸开展氯化钛白后处理盐酸体系无机包膜，一方面，可大幅降低废副处理成本，同时节约了包膜剂购置成本；另一方面，可实现氯化法钛白产线全流程氯平衡。因此，利用氯化副产盐酸包膜对提升氯化法钛白产品品质及强化氯化法钛白企业降本增效具有重要意义。
3、涂料行业作为钛白产品的头号应用市场，消耗量约占钛白产量的60%。当前我国每年还需进口数十万吨高品质氯化法钛白粉满足高档涂料需求（比如汽车漆、木器漆等），与国外同类产品相比，我国的氯化法钛白产品主要在光泽度、遮盖力、分散性等方面有较大差距，尤其是很难同时具备在涂料体系中高光泽度和高遮盖力。盐酸体系后处理工艺体系对氯化法钛白产品的颜料指标和在涂料体系的应用性能有极为重要的影响，而其中的打浆分散、无机包膜和有机处理技术是生产高端氯化法钛白产品的关键核心工艺。
4、在公开号为cn 107868490a、cn 105419403a等与氯化副产盐酸相关的专利中，虽利用了氯化副产盐酸进行后处理无机包膜，但都需要首先对氯化副产盐酸净化除杂后才能用作包膜中和剂，无法直接进行使用；且均未公开后处理体系中打浆分散和有机处理等关键工艺，未见用于提高氯化法钛白产品在涂料体系应用光泽度和遮盖力相关报道。在公开号为cn 115820001a和cn 115651425a等与氯化副产盐酸相关的专利中，虽直接利用了氯化副产盐酸用作包膜中和剂、无需净化除杂，但未公开后处理体系中打浆分散和有机处理等关键工艺，未见用于提高氯化法钛白产品在涂料体系应用光泽度和遮盖力相关报道。在公开号为cn 115651426a、cn 117089226a和cn 117089227a等与氯化副产盐酸相关的专利中，虽直接利用了氯化副产盐酸用作包膜中和剂、无需净化除杂，也公开了后处理体系中打浆分散和有机处理等关键工艺，但未见针对氯化钛白初品性质与氯化法钛白后处理盐酸工艺体系适应性的报道，也未见用于提高氯化法钛白产品在涂料体系应用光泽度和遮盖力相关报道。
5、基于此，现有技术仍存在改进的空间。
技术实现思路
1、本发明的目的是解决上述现有技术中存在的问题，提供一种高光泽和高遮盖氯化法钛白粉制备方法。本发明所述的方法通过对氯化法钛白打浆分散中预处理除盐和分散工艺、无机包膜中硅、锆、铝三元包覆工艺、及有机处理中有机处理剂和有机处理工艺的优化及调整，并利用氯化副产盐酸进行无机包膜，使用过程中无需对氯化副产盐酸进行预处理，稀释后直接用于钛白无机包膜，从而制备在涂料体系中同时具有高光泽和高遮盖的氯化法钛白产品。通过本发明所述的方法制备的氯化法钛白产品在涂料体系中应用性能指标优异，并能够与市售国外同类高端氯化法钛白产品及相同工艺下由纯盐酸制备的氯化法钛白产品相媲美。
2、为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：
3、根据本发明，提供一种高光泽和高遮盖氯化法钛白粉制备方法，其包括以下步骤：a. 对氯化法钛白初品进行除盐、打浆分散，得到氯化法钛白浆料；b. 将氯化副产盐酸用纯水稀释至预定质量浓度，备用；c. 向步骤a中的氯化法钛白浆料中加入纯水稀释配制成以tio2计的第一浓度的钛白粉浆料后，加热并维持浆料温度为第一预定温度；d. 向经步骤c处理的钛白粉浆料中滴加硅酸钠溶液，同时滴加步骤b中经稀释后的氯化副产盐酸，ph控制为碱性；e. 向经步骤d处理的钛白粉浆料中滴加步骤b中经稀释后的氯化副产盐酸将ph调节至酸性；f. 在第二预定温度下，向经步骤e处理的钛白粉浆料中滴加氯氧化锆溶液，同时滴加ph调节剂，ph控制为酸性；g. 将经步骤f处理的钛白粉浆料的ph调节至碱性；h. 在第三预定温度下，向经步骤g处理的钛白粉浆料中滴加偏铝酸钠溶液，同时滴加步骤b中经稀释后的氯化副产盐酸，ph控制为碱性；i. 向经步骤h处理的钛白粉浆料中滴加步骤b中经稀释后的氯化副产盐酸将钛白粉浆料ph调节至6.8~7.5；以及j. 对经步骤i处理的钛白粉浆料进行湿法和干法两步有机处理。
4、在本发明的实施例中，步骤a包括：a1. 加入纯水对氯化法钛白初品打浆，然后对浆料进行水洗、抽滤，除去氯化法钛白初品中的盐分，得到滤饼后进行烘干和破碎；以及a2.在纯水中加入ph调节剂、分散剂、经步骤a1除盐后的氯化法钛白初品进行打浆分散，再加入锆珠高速搅拌后过500目筛网，得到氯化法钛白浆料。
5、在本发明的实施例中，步骤a1中，打浆使用的纯水与氯化法钛白初品的质量比以h2o:tio2计不低于1.2：1，水洗使用的纯水与氯化法钛白初品的质量比以h2o:tio2计不低于10：1；步骤a2中，分散剂包括至少一种无机盐分散剂和至少一种有机阴离子表面活性剂，并且分散剂总添加质量为氯化法钛白初品质量的0.2%~0.5%，其中无机盐分散剂与有机阴离子表面活性剂的质量比为3:1~1:1。
6、在本发明的实施例中，无机盐分散剂包括硅酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠中的至少一种，有机阴离子表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的至少一种；步骤a2中，ph调节剂包括氢氧化钠或氢氧化钾，并且打浆分散过程中转速控制为2000r/min~4000r/min。
7、在本发明的实施例中，步骤b中，预定质量浓度为5%~15%；步骤c中，第一浓度为250g/l~400g/l，第一预定温度为70℃~90℃；步骤g中，利用ph调节剂将经步骤f处理的钛白粉浆料的ph调节至8.0~10.0，滴加时间20min~40min，熟化时间10min~20min，其中ph调节剂包括氢氧化钠或氢氧化钾。
8、在本发明的实施例中，步骤d包括：按硅酸钠与钛白粉的质量比以sio2:tio2计为1.0:100~2.0:100的比例向经步骤c处理的钛白粉浆料中滴加硅酸钠溶液，同时滴加步骤b中经稀释后的氯化副产盐酸，ph控制8.5~9.5，滴加时间90min~120min，熟化时间60min~90min，其中，硅酸钠溶液的质量浓度以sio2计为220~280g/l。
9、在本发明的实施例中，步骤e包括：向经步骤d处理的钛白粉浆料中滴加步骤b中经稀释后的氯化副产盐酸将钛白粉浆料ph调节至2.5~5.0，滴加时间20min~40min，熟化时间10min~20min。
10、在本发明的实施例中，步骤f中，第二预定温度为40℃~60℃，并且步骤f包括：调整温度为40℃~60℃，按氯氧化锆与钛白粉的质量比以zro2:tio2计为1.0:100~2.5:100的比例向钛白粉浆料中滴加氯氧化锆溶液，同时滴加ph调节剂，ph控制2.5~5.0，滴加时间60min~90min，熟化时间60min~90min。
11、在本发明的实施例中，步骤f中，氯氧化锆溶液的质量浓度以zro2计为90~110g/l，ph调节剂包括氢氧化钠或氢氧化钾。
12、在本发明的实施例中，步骤h中，第三预定温度为50℃~70℃，并且步骤h包括：调整温度为50℃~70℃，按偏铝酸钠与钛白粉的质量比以al2o3:tio2计为2.0:100~4.0:100的比例向钛白粉浆料中滴加偏铝酸钠溶液，同时滴加步骤b中经稀释后的氯化副产盐酸，ph控制8.0~10.0，滴加时间60min~120min，熟化时间60min~90min，其中，偏铝酸钠溶液的质量浓度以al2o3计为95~105g/l。
13、在本发明的实施例中，步骤i包括：向经步骤h处理的钛白粉浆料中滴加步骤b中经稀释后的氯化副产盐酸将钛白粉浆料ph调节至6.8~7.5，滴加时间20min~40min，熟化时间60min~120min。
14、在本发明的实施例中，步骤j包括以下步骤：j1. 将经步骤i处理的钛白粉浆料进行水洗、抽滤，所得滤饼再次打浆后，加入第一有机处理剂，搅拌30min~120min，进行第一次湿法有机处理，烘干，得到氯化法钛白样品；以及j2. 将经步骤j1处理后的氯化法钛白样品进行破碎，同时加入第二有机处理剂进行第二次干法有机处理，气流粉碎后，得到高光泽和高遮盖氯化法钛白粉。
15、在本发明的实施例中，第一有机处理剂包括至少一种多元醇，其中多元醇包括三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷、乙二醇中的至少一种，第一有机处理剂被配制为100~200g/l溶液，并且添加质量为钛白粉质量的0.2%~0.4%。
16、在本发明的实施例中，第二有机处理剂包括至少一种烷基改性硅油，其中烷基改性硅油中烷基碳链长度在c5~c8之间，烷基改性硅油包括戊基、己基、庚基、辛基改性硅油中的至少一种并且添加质量为钛白粉质量的0.2%~0.3%。
17、本发明所述的方法在进行无机包膜步骤之前包括预处理步骤。在预处理步骤中，在分散前对氯化法钛白初品进行水洗以除去其中大量盐分，然后同时采用无机盐分散剂和有机阴离子表面活性剂。通过除盐改善浆料黏度，再结合分散中静电排斥和空间位阻两种机制协同，共同稳定氯化法钛白浆料分散体系，显著降低钛白浆料黏度，保证了浆料中氯化钛白初品粒子在包膜前的最佳分散状态，同时提高了分散稳定性，大大有利于无机包膜过程膜层包覆的均匀性和可控制性。
18、本发明的无机包膜过程为三元包膜，依次进行碱性硅膜包覆、酸性锆膜包覆和碱性铝膜包覆，通过对包硅、包锆和包铝三个阶段并流包膜ph、包膜量、包膜温度和包膜时间的控制，使得氯化法钛白形成致密硅-致密锆-网状铝的硅锆铝三元膜层结构，有利于氯化法钛白在涂料体系应用中关键性能指标光泽度、遮盖力、分散性和耐候性等提升。
19、本发明的有机包膜过程中，通过有机处理剂与有机处理工艺的匹配充分保证了有机包膜致密性，提升氯化法钛白与涂料体系的相容性、润湿性和分散性，进而提高氯化法钛白在涂料体系中光泽度和遮盖力。
20、此外，本发明通过对氯化尾气水洗回收得到的副产盐酸用于高光泽和高遮盖氯化法钛白粉制备中的无机包膜过程，显著降低了废副处理成本，同时节约了原辅料购置成本，还实现了氯化法钛白产线全流程氯平衡，为氯化法钛白企业创造了新的价值，强化了企业降本增效。
21、综上所述，本发明所述的一种高光泽和高遮盖氯化法钛白粉制备方法，通过对打浆分散、无机包膜、有机包膜工艺条件的控制和调整，所制备的氯化法钛白粉应用性能指标优异，在涂料体系中同时具有高光泽度和高遮盖力。
技术特征：
1.一种高光泽和高遮盖氯化法钛白粉制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2. 根据权利要求1所述的高光泽和高遮盖氯化法钛白粉制备方法，其特征在于，步骤a包括：
3.根据权利要求2所述的高光泽和高遮盖氯化法钛白粉制备方法，其特征在于，步骤a1中，打浆使用的纯水与氯化法钛白初品的质量比以h2o:tio2计不低于1.2：1，水洗使用的纯水与氯化法钛白初品的质量比以h2o:tio2计不低于10：1；步骤a2中，分散剂包括至少一种无机盐分散剂和至少一种有机阴离子表面活性剂，并且分散剂总添加质量为氯化法钛白初品质量的0.2%~0.5%，其中无机盐分散剂与有机阴离子表面活性剂的质量比为3:1~1:1。
4.根据权利要求3所述的高光泽和高遮盖氯化法钛白粉制备方法，其特征在于，无机盐分散剂包括硅酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠中的至少一种，有机阴离子表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的至少一种；步骤a2中，ph调节剂包括氢氧化钠或氢氧化钾，并且打浆分散过程中转速控制为2000r/min~4000r/min。
5.根据权利要求1所述的高光泽和高遮盖氯化法钛白粉制备方法，其特征在于，步骤b中，预定质量浓度为5%~15%；步骤c中，第一浓度为250g/l~400g/l，第一预定温度为70℃~90℃；步骤g中，利用ph调节剂将经步骤f处理的钛白粉浆料的ph调节至8.0~10.0，滴加时间20min~40min，熟化时间10min~20min，其中ph调节剂包括氢氧化钠或氢氧化钾。
6.根据权利要求1所述的高光泽和高遮盖氯化法钛白粉制备方法，其特征在于，步骤d包括：按硅酸钠与钛白粉的质量比以sio2:tio2计为1.0:100~2.0:100的比例向经步骤c处理的钛白粉浆料中滴加硅酸钠溶液，同时滴加步骤b中经稀释后的氯化副产盐酸，ph控制8.5~9.5，滴加时间90min~120min，熟化时间60min~90min，其中，硅酸钠溶液的质量浓度以sio2计为220~280g/l。
7.根据权利要求1所述的高光泽和高遮盖氯化法钛白粉制备方法，其特征在于，步骤e包括：向经步骤d处理的钛白粉浆料中滴加步骤b中经稀释后的氯化副产盐酸将钛白粉浆料ph调节至2.5~5.0，滴加时间20min~40min，熟化时间10min~20min。
8.根据权利要求1所述的高光泽和高遮盖氯化法钛白粉制备方法，其特征在于，步骤f中，第二预定温度为40℃~60℃，并且步骤f包括：调整温度为40℃~60℃，按氯氧化锆与钛白粉的质量比以zro2:tio2计为1.0:100~2.5:100的比例向钛白粉浆料中滴加氯氧化锆溶液，同时滴加ph调节剂，ph控制2.5~5.0，滴加时间60min~90min，熟化时间60min~90min。
9.根据权利要求8所述的高光泽和高遮盖氯化法钛白粉制备方法，其特征在于，步骤f中，氯氧化锆溶液的质量浓度以zro2计为90~110g/l，ph调节剂包括氢氧化钠或氢氧化钾。
10.根据权利要求1所述的高光泽和高遮盖氯化法钛白粉制备方法，其特征在于，步骤h中，第三预定温度为50℃~70℃，并且步骤h包括：调整温度为50℃~70℃，按偏铝酸钠与钛白粉的质量比以al2o3:tio2计为2.0:100~4.0:100的比例向钛白粉浆料中滴加偏铝酸钠溶液，同时滴加步骤b中经稀释后的氯化副产盐酸，ph控制8.0~10.0，滴加时间60min~120min，熟化时间60min~90min，其中，偏铝酸钠溶液的质量浓度以al2o3计为95~105g/l。
11.根据权利要求1所述的高光泽和高遮盖氯化法钛白粉制备方法，其特征在于，步骤i包括：向经步骤h处理的钛白粉浆料中滴加步骤b中经稀释后的氯化副产盐酸将钛白粉浆料ph调节至6.8~7.5，滴加时间20min~40min，熟化时间60min~120min。
12. 根据权利要求1所述的高光泽和高遮盖氯化法钛白粉制备方法，其特征在于，步骤j包括以下步骤：
13.根据权利要求12所述的高光泽和高遮盖氯化法钛白粉制备方法，其特征在于，第一有机处理剂包括至少一种多元醇，其中多元醇包括三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷、乙二醇中的至少一种，第一有机处理剂被配制为100~200g/l溶液，并且添加质量为钛白粉质量的0.2%~0.4%。
14.根据权利要求12所述的高光泽和高遮盖氯化法钛白粉制备方法，其特征在于，第二有机处理剂包括至少一种烷基改性硅油，其中烷基改性硅油中烷基碳链长度在c5~c8之间，烷基改性硅油包括戊基、己基、庚基、辛基改性硅油中的至少一种并且添加质量为钛白粉质量的0.2%~0.3%。
技术总结
本发明涉及化工领域，尤其涉及一种高光泽和高遮盖氯化法钛白粉制备方法，该方法主要包括预处理、无机包膜以及有机包膜等步骤。本发明通过对氯化法钛白打浆分散中预处理除盐和分散工艺、无机包膜中硅、锆、铝三元包覆工艺、及有机处理中有机处理剂和有机处理工艺的优化及调整，并利用氯化副产盐酸进行无机包膜，使用过程中无需对氯化副产盐酸进行预处理，稀释后直接用于钛白无机包膜，所制备的氯化法钛白粉应用性能指标优异，在涂料体系中同时具有高光泽度和高遮盖力，并能够与市售国外同类高端氯化法钛白产品及相同工艺下由纯盐酸制备的氯化法钛白产品相媲美。
技术研发人员：胡一杰,谭玲,郭杰,胥金秀
受保护的技术使用者：成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23