的擦洗顆粒的方法
【專利說明】基于T i O2的擦洗顆粒，以及制備和使用這樣的基于T i O 2的 擦洗顆粒的方法
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用 本申請要求2012年4月27日提交的、標題為METHOD OF PRODUCING TiO2 SCRUBS AND THEIR USE IN TiO2 MANUFACTURING PROCESSES (生產(chǎn) TiO2擦洗劑的方法及其在 TiO2制備 過程中的用途）的臨時申請61/639, 624的優(yōu)先權(quán)。
[0002] 背景 現(xiàn)在公開的和/或要求保護的本發(fā)明設(shè)想的領(lǐng)域。
[0003] 本發(fā)明包括涉及基于二氧化鈦（TiO2)的擦洗顆粒，以及制備和使用這樣的110 2擦 洗顆粒的方法的實施方案。
[0004] 特別地，本發(fā)明包括涉及含有鋁酸鈉粘合劑的基于1102的擦洗顆粒和在TiO 2生產(chǎn) 期間使用這樣的基于1102的擦洗顆粒的各種方法的實施方案；和涉及含有無機金屬粘合劑 的未燒結(jié)的基于11〇 2的擦洗顆粒和在TiO2生產(chǎn)期間使用這樣的基于TiO 2的擦洗顆粒的各 種方法的實施方案。
[0005] 現(xiàn)在公開的和/或要求保護的本發(fā)明設(shè)想的背景。
[0006] 一般來說，TiO2顆粒通過氯化物或硫酸鹽方法生產(chǎn)。在氯化物方法中，四氯化鈦 (TiCl 4)經(jīng)歷氣相氧化，以形成作為熱的氣態(tài)懸浮物的一部分的TiO2顆粒。熱的TiO2顆粒， 與熱的氣態(tài)懸浮物中的其它氣態(tài)副產(chǎn)品一起，從反應(yīng)器通到換熱器。熱的氣態(tài)懸浮物通過 與溫度低于熱的氣態(tài)懸浮物的溫度的換熱器內(nèi)表面壁接觸而冷卻。當熱的110 2顆粒冷卻 時，1102顆粒可沉積在換熱器或反應(yīng)器內(nèi)壁上并形成附著層沉積物。附著層沉積物降低通 過換熱器內(nèi)壁的傳熱效率并因此減少冷卻效率。這樣的低效率影響形成的110 2顆粒的品 質(zhì)和下游整理和表面處理步驟的效率。
[0007] 在試圖除去附著層時，將〃擦洗劑（scrubs) 〃例如氯化鈉（NaCl)、硅砂、煅燒的 TiO2顆粒、燒結(jié)的TiO2顆粒加入到流經(jīng)反應(yīng)器和換熱器的熱的TiO2顏料顆粒中。例如，NaCl 擦洗劑（例如美國專利3, 511，308)增加 TiO2漿料的粘度，從而降低整理步驟的生產(chǎn)率。硅 砂擦洗劑將污染物引入過程中并也可增加反應(yīng)器的磨損和過程設(shè)備（例如反應(yīng)器、換熱器 等）的停機時間。
[0008] 美國專利號5, 266, 108公開典型地通過加熱TiO2顆粒至最高溫度約1000°C而制 備的煅燒TiO2擦洗劑。遺憾的是，這樣的高溫降低大多數(shù)已知的TiO 2擦洗劑的表面面積并 使擦洗劑的尺寸難以控制。煅燒的或燒結(jié)的TiO2擦洗劑也具有一個或多個以下缺點。煅 燒的或燒結(jié)的11〇 2擦洗劑污染成品TiO 2顏料，因此需要另外的過程。煅燒的或燒結(jié)的TiO 2 擦洗劑難以減少顏料尺寸；且煅燒的或燒結(jié)的TiO2擦洗劑可影響TiO2整理過程的分散性和 /或有效性。
[0009] 因此，仍存在對改進的擦洗介質(zhì)，以及制備和使用這些改進的擦洗介質(zhì)的方法的 需求。
[0010] 簡述 本發(fā)明的實施方案通過提供基于TiO2的擦洗顆粒，以及制備和使用這樣的基于1102的 擦洗顆粒的方法，滿足這些和其它需求。
[0011] 因此，本發(fā)明的一個方面提供基于TiO2的擦洗顆粒。基于TiO2的擦洗顆粒包含顆 粒狀TiO 2和約0. 5%至約20%干重的鋁酸鈉粘合劑。
[0012] 本發(fā)明的第二個方面提供基于TiO2的擦洗顆粒?；赥iO2的擦洗顆粒包含顆粒 狀TiO 2和約0. 5%至約20%干重的粘合劑。粘合劑選自鋁酸鈉、硫酸鈉、磷酸鈉、硅酸鈉、氯 化鈉、六偏磷酸鈉和硫酸鋁，及它們的組合。
[0013] 本發(fā)明的第三個方面提供基于TiO2的擦洗顆粒?；赥iO 2的擦洗顆粒包含顆粒 狀TiO2和約0. 5%至約20%干重粘合劑，其中基于TiO 2的擦洗顆粒為未燒結(jié)的。
[0014] 本發(fā)明的第四個方面提供一種制備基于TiO2的擦洗顆粒的方法。該方法包括：i) 使TiO 2顆粒與鋁酸鈉粘合劑合并，以形成包含約0. 5%至約20%干重粘合劑的TiO 2_粘合劑 混合物；ii)將TiO2-粘合劑混合物制粒；和iii)干燥顆粒狀TiO 2-粘合劑混合物，以形成 基于TiO2的擦洗顆粒。
[0015] 本發(fā)明的第五個方面提供一種制備基于TiO2的擦洗顆粒的方法。該方法包括： i)合并TiO2顆粒與粘合劑，以形成包含約0. 5%至約20%干重粘合劑的TiO 2-粘合劑混合 物；ii)將TiO2-粘合劑混合物制粒；和iii)干燥顆粒狀TiO 2-粘合劑混合物，以形成基于 TiO2的擦洗顆粒。粘合劑選自鋁酸鈉、硫酸鈉、磷酸鈉、硅酸鈉、氯化鈉、六偏磷酸鈉。
[0016] 本發(fā)明的第六個方面提供一種制備基于TiO2的擦洗顆粒的方法。該方法包括：i) 合并TiO 2顆粒與粘合劑，以形成TiO 2-粘合劑混合物；ii)將TiO2-粘合劑混合物制粒；和 iii)干燥顆粒狀TiO2-粘合劑混合物，以形成基于TiO2的擦洗顆粒，而不燒結(jié)基于TiO 2的 擦洗顆粒。粘合劑占基于TiO2的擦洗顆粒的約0. 5%至約20%干重。
[0017] 本發(fā)明的第七個方面提供使用基于TiO2的擦洗顆粒的方法。該方法包括： i. 將TiCl4引入反應(yīng)器的TiO2反應(yīng)區(qū)，以形成TiO2顆粒； ii. 將基于TiO2的擦洗顆粒引入反應(yīng)器或換熱器，從而產(chǎn)生包含基于TiO2的擦洗顆粒 和形成的TiO 2顆粒的TiO 2產(chǎn)物流；和 iii. 通過換熱器冷卻TiO2產(chǎn)物流，其中當包含基于TiO2的擦洗顆粒的TiO2產(chǎn)物流通 過換熱器時，在110 2產(chǎn)物流中的基于TiO 2的擦洗顆粒除去換熱器的內(nèi)表面上的沉積物?；?于TiO2的擦洗顆粒包含顆粒狀TiO 2和約0. 5%至約20%干重的鋁酸鈉粘合劑。
[0018] 本發(fā)明的第八個方面提供使用基于TiO2的擦洗顆粒的方法。該方法包括： i. 將TiCl4引入反應(yīng)器的TiO2反應(yīng)區(qū)，以形成TiO2顆粒； ii. 將基于TiO2的擦洗顆粒引入反應(yīng)器或換熱器，從而產(chǎn)生包含基于TiO2的擦洗顆粒 和形成的TiO 2顆粒的TiO 2產(chǎn)物流；和 iii. 通過換熱器冷卻TiO2產(chǎn)物流，其中當包含基于TiO2的擦洗顆粒的TiO2產(chǎn)物流通 過換熱器時，在110 2產(chǎn)物流中的基于TiO 2的擦洗顆粒除去換熱器內(nèi)表面上的沉積物。基于 1102的擦洗顆粒包含顆粒狀TiO 2顆粒和約0. 5%至約20%干重的粘合劑。粘合劑選自鋁酸 鈉、硫酸鈉、磷酸鈉、硅酸鈉、氯化鈉、六偏磷酸鈉和硫酸鋁，及它們的組合。
[0019] 本發(fā)明的第九個方面提供制備TiO2顆粒的方法。該方法包括： i. 將TiCl4引入反應(yīng)器的TiO2反應(yīng)區(qū)，以形成TiO2顆粒； ii. 將未燒結(jié)的基于TiO2的擦洗顆粒引入反應(yīng)器或換熱器中，從而產(chǎn)生包含基于TiO2 的擦洗顆粒和形成的TiO2顆粒的TiO 2產(chǎn)物流；和 iii.通過換熱器冷卻TiO2產(chǎn)物流，其中當包含基于TiO2的擦洗顆粒的TiO2產(chǎn)物流通 過換熱器時，在1102產(chǎn)物流中的基于TiO 2的擦洗顆粒除去換熱器的內(nèi)表面上的沉積物。未 燒結(jié)的基于1102的擦洗顆粒包含顆粒狀的和約0. 5%至約20%干重的粘合劑。
[0020] 附圖簡述 圖1是制備基于TiO2的擦洗顆粒的常規(guī)方法的流程圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施方案制備基于1102的擦洗顆粒的方法的流程圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施方案使用基于1102的擦洗顆粒的方法的流程圖；和 圖4對比了比較性實施例煅燒的TiO2擦洗劑A和B以及根據(jù)本發(fā)明的實施方案的含 有NaCl粘合劑的基于TiO 2的擦洗顆粒的壓碎強度； 圖5對比相同的比較性實施例煅燒的TiO2擦洗劑A和B與根據(jù)本發(fā)明的實施方案，無 再循環(huán)的含有鋁酸鈉作為粘合劑的基于TiO2的擦洗顆粒的壓碎強度； 圖6對比相同的比較性實施例煅燒的TiO2擦洗劑A和B與根據(jù)本發(fā)明的實施方案，具 有多次再循環(huán)的含有鋁酸鈉作為粘合劑的基于TiO2的擦洗顆粒的壓碎強度； 圖7對比根據(jù)本發(fā)明實施方案，分別在13. 8巴表壓、34. 5巴表壓和69巴表壓棍壓力下 壓制的含有鋁酸鈉粘合劑的基于TiO2的擦洗顆粒的壓碎強度； 圖8對比在13. 8巴表壓下壓制并在各個溫度條件下干燥的根據(jù)本發(fā)明實施方案的含 有鋁酸鈉粘合劑的基于TiO2的擦洗顆粒的壓碎強度； 圖9對比在34. 5巴表壓下壓制并在各個溫度條件下干燥的根據(jù)本發(fā)明實施方案的含 有鋁酸鈉粘合劑的基于TiO2的擦洗顆粒的壓碎強度； 圖10對比在69巴表壓下壓制，在各個溫度條件下干燥的根據(jù)本發(fā)明實施方案的含有 鋁酸鈉粘合劑的基于TiO2的擦洗顆粒的壓碎強度； 圖11是相同的比較性實施例煅燒的TiO2擦洗劑A和B對比沒有壓力輥壓和于KKTC 干燥過夜的根據(jù)本發(fā)明實施方案的含有硅酸鈉粘合劑的基于1102的擦洗顆粒的壓碎強度 的方塊圖比較；和 圖12是相同的比較性實施例煅燒的TiO2擦洗劑A和B對比沒有壓力輥壓和于KKTC 干燥過夜的根據(jù)本發(fā)明實施方案的含有鋁酸鈉粘合劑的基于1102的擦洗顆粒的壓碎強度 的方塊圖比較。
[0021] 詳細描述 在以下描述中，應(yīng)理解術(shù)語例如〃頂部〃、〃底部〃、〃向外〃、〃向內(nèi)〃等是方便的措辭 而不應(yīng)視為是限制性術(shù)語?，F(xiàn)在將詳細地參照在附圖和實施例中說明的本發(fā)明的示例性實 施方案。總的來說，參照附圖應(yīng)該理解為這些說明用于描述本發(fā)明的具體實施方案并不旨 在將本發(fā)明限制于此。
[0022] 但凡稱本發(fā)明的具體實施方案包含一組中的至少一個要素及其組合，或由一組中 的至少一個要素及其組合組成時，應(yīng)理解該實施方案可包含該組的任何要素（單獨或與該 組的任何其它要素組合）或由此組成。此外，當任何變量在任何組分或在式中出現(xiàn)一次以 上時，其在每次出現(xiàn)時的定義獨立于其在別的每次出現(xiàn)時的定義。此外，取代物和/或變量 的組合是允許的，只要這樣的組合產(chǎn)生穩(wěn)定的化合物。
[0023] 定義 術(shù)語煅燒指是指將固體加熱到高溫，但低于固體的垂熔或熔點溫度。煅燒可導(dǎo)致熱轉(zhuǎn) 變、固體相變，和/或揮發(fā)性部分從固體中的去除。去除的揮發(fā)性部分與固體結(jié)合，并排除 表面揮發(fā)物，例如表面水或表面濕氣。產(chǎn)品的化學(xué)組成通常不同于反應(yīng)物的化學(xué)組成。煅 燒的一個實例包括石灰石通過以下反應(yīng)的熱分解： CaCO3 (固體）+熱量一CaO (固體）+ CO2 (氣體） 術(shù)語燒結(jié)指"粘結(jié)在一起"和在接近固體熔點的溫度下