高白度耐光性金紅石型二氧化鈦基材的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種高白度耐光性金紅石型二氧化鈦基材的制備方法，屬于鈦白粉顏 料應用技術領域。
【背景技術】
[0002] 二氧化鈦，俗稱鈦白粉，具有高白度、不透明性和優異的物理化學性質等優點，被 廣泛應用于塑料、涂料、油墨和造紙等領域。顏料領域作為二氧化鈦的主要應用領域之一， 其中裝飾紙生產領域對鈦白粉的耐光性和白度有著更高的要求。
[0003] 裝飾紙生產應用熱壓成型工藝，在制備過程中通過將二氧化鈦與纖維一起經熱固 性樹脂浸漬，然后熱壓成型得到成品。通過這種工藝所得的層壓紙具有耐撞擊、耐熱和致密 等特點，但對于鈦白粉而言，這種層壓紙結構致密，在受到外界紫外線輻照時，其表面的四 價鈦容易被還原為三價鈦，造成制品容易變灰色。因此為了能更好的將鈦白粉應用于造紙 領域，在鈦白粉生產中提高二氧化鈦的抗變色能力即耐光性顯得十分重要。
[0004] 鈦白粉的傳統工業化生產方法一般分為硫酸法和氯化法，其中硫酸法生產鈦白粉 的主要原料是鈦鐵礦和硫酸，主要工藝步驟為：鈦鐵礦與硫酸酸解得到硫酸氧鈦、經沉降、 結晶、水解生成偏鈦酸；偏鈦酸經一洗、漂白、二洗，鹽處理、鍛燒得到金紅石型二氧化鈦基 材；二氧化鈦基材經濕磨、砂磨、包膜和氣粉，得到鈦白粉產品。
[0005] 在現有技術中，為了提高鈦白粉產品的白度和耐光性，一般是對二氧化鈦基材進 行包膜表面處理，如美國專利US2004025749公開了用磷酸鹽、鈦和鋁的化合物加入到二氧 化鈦的漿料中，提高了二氧化鈦的抗變色能力，在紙張和層壓紙領域中具有良好的應用效 果；又如美國專利US5785748采用鋁化合物和磷酸在加熱條件下配制成混合溶液，經過稀 釋后加入到鈦白粉漿料中，然后將pH值調節到3-3. 5,從而使處理劑沉淀在二氧化鈦表面， 同時再附加添加碘酸鉀、硫酸鉀或硝酸鉀到原料中，才能夠使顏料的耐光性得到提高。這種 方法的缺點是，需要加入大量的磷酸到體系中，不僅造成了資源浪費，也增加了鈦白粉的生 產成本，商業價值有限。
[0006] 再如中國發明專利CN101857736A和CN102585559A公開了采用在二氧化鈦漿料 中加入鋯化合物、硅化合物和鋁等化物來提高鈦白粉的耐光性能，這些專利都是通過包膜 手段來提高鈦白粉的白度和耐光性，但采用多種化合物包膜不能從本質上大幅度提高耐光 性，我們應該從本質上提高二氧化鈦基材的耐光性和白度上著手考慮。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的就在于針對上述現有技術的不足，提供一種高白度和耐光性的金紅 石型二氧化鈦基材的制備方法。
[0008] 為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是這樣的： 一種高白度耐光性金紅石型二氧化鈦基材的制備方法，包括以下步驟： (1)制備偏鈦酸：鈦鐵礦與硫酸酸解得到硫酸氧鈦、經沉降、結晶、水解生成偏鈦酸； (2) 偏鈦酸一次水洗：用溫度為50~80°C的去離子水洗滌偏鈦酸，去除其中的金屬雜 質； (3) 制備偏鈦酸漿料：水洗后的偏鈦酸中加水打漿，漿料的濃度為300~350g/L; (4) 漂白偏鈦酸漿料：向偏鈦酸漿料中加入硫酸，使漿料的硫酸濃度為60~90g/L，并 同時向漿料中加入5wt%的金紅石型鈦白煅燒晶種和0. 2wt%的Ti3+溶液，重量百分比計量 基準為偏鈦酸漿料中二氧化鈦的總質量，所述Ti3+溶液的濃度為0. 6g/L; (5) 偏鈦酸二次水洗：將還原漂白的偏鈦酸漿料，用帶有真空負壓的葉濾機或轉筒真空 過濾機吸漿過濾，再用溫度為50~80°C的去離子水洗滌偏鈦酸，進一步洗去硫酸亞鐵，以 便降低鐵的含量，直至偏鈦酸中亞鐵離子的含量小于20ppm; (6) 鹽處理：將二次水洗后的偏鈦酸加水打漿，漿料的濃度為300~350g/L;向偏鈦 酸漿料中一次加入0. 27wt%的鉀化合物、0. 2wt%的磷化合物、0. 4-0. 8wt%的鋁化合物和 0. 15wt%的銻氧化物，混合均勻，其重量百分比計量基準為二洗偏鈦酸漿料中二氧化鈦的總 質量，鉀化合物加入量以K20計，磷化合物加入量以P205計，錯化合物加入量以A1 203計，鋪 氧化物加入量以Sb203計； (6)煅燒粉碎：上述偏鈦酸漿料脫水煅燒，煅燒溫度控制在1050°C~1080°C之間，煅燒 后粉碎即得金紅石型二氧化鈦基材。
[0009] 所述鉀化合物選自氫氧化鉀、碳酸鉀和硝酸鉀。
[0010] 所述磷化合物選自磷酸、六偏磷酸鈉和磷酸銨。
[0011] 所述鋁化合物選自硫酸鋁、氯化鋁和偏鋁酸鈉。
[0012] 所述銻氧化物為三氧化二銻。
[0013] 眾所周知，偏鈦酸需在高溫下長時間煅燒才能轉變為金紅石型晶型，這必將導致 粒子團聚或燒結，造成產品晶格缺陷過多，晶粒過大且很硬，進而影響產品的分散性、遮蓋 力和顏料性能，同時高溫操作也給鈦白生產帶來一定困難，因而，要得到性能優良的金紅石 型鈦白粉，在生產過程中必須控制好偏鈦酸轉化的工藝條件，本發明將金紅石型鈦白煅燒 晶種加入煅燒前的偏鈦酸中，在煅燒處理時，該晶種在鈦白粉由銳鈦型向金紅石型轉化的 過程中起誘導轉化的作用，從而降低了轉化溫度，同時使顏料粒子外形圓滑，顏料性能優 越。
[0014] 偏鈦酸在鍛燒前加人少量化學品添加劑進行改性處理的過程，稱為鹽處理，亦稱 前處理。鹽處理是偏鈦酸非常重要的一個步驟，偏鈦酸如不進行鹽處理而直接鍛燒，得到的 產品顆粒往往很硬，色相及其他顏料性能很差，漆用性能低劣。鹽處理步驟所用的添加劑有 很多，比如鉀鹽、磷鹽、鋁鹽等，它們大多是金紅石型的負催化劑。
[0015] 本發明通過在偏鈦酸中依次加入磷鹽、鉀鹽、鋁鹽和銻鹽來調控煅燒過程，以達到 提高二氧化鈦耐光性的目的，同時也不影響金紅石型的轉化。本發明鹽處理劑配方是相互 配合、相輔相成的，若只單獨添加其中一種或兩種鹽份則達不到理想效果。如少量P2〇5在 煅燒時可以提高產品的白度，使產品柔軟好粉碎；鉀鹽可以抑制金紅石型的轉化速度、降低 煅燒脫硫溫度、避免粒子燒結長大；鋁鹽可以進入到二氧化鈦的晶格中，使得產品顆粒致 密，從本質上提高二氧化鈦顏料的耐光性；同時為了消除鋁鹽含量的增加帶來鈦白粉黃相 的問題，本發明額外增加了銻氧化物，銻化合物的加入可以使鈦白粉呈藍相，進而使得本發 明制得的鈦白粉能夠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 矛盾統一。但是這些鹽的加入量也是有講宄的，若加入過多，則抑制金紅石型的轉化，但加 入過少，則白度、耐候性又達不到理想效果。本發明通過一系列的實驗得出：磷鹽添加量為 1102的0. 20% (以P205計）；鉀鹽添加量為TiO2的0. 27% (以K20計）；鋁鹽舔加量為1102的 0. 4-0. 6% (以A1203計);銻鹽舔加量為TiO2的0. 15% (以Sb203計)時，可以獲得綜合性能優 異、尚白度和尚耐候性的金紅石型欽白粉基材。
[0016] 與現有技術相比，本發明的優點在于： (1) 在鹽處理步驟通過調控鹽處理配方，即可實現高白度高耐候性的鈦白粉產品，與包 膜方法相比操作簡單，方法更加有效； (2) 在鹽處理步驟將鋁含量提高至0. 4-0. 8%，使得鋁鹽在鈦白粉晶體增長過程中進入 到晶格中，從而本質上提尚>氧化欽顏料的耐光性能； (3) 通過在鹽處理過程引入銻鹽，消除了鋁含量提高帶來的黃相問題，從而改善了產品 的白度； (4) 本發明鹽處理劑配方保證了產品的白度和耐光性，同時降低煅燒溫度至1050°C~ 1080°C之間即可得到金紅石型二氧化鈦基材，避免了煅燒溫度過高對顏料性能產生的影 響，得到的產品分散性能好，白度高，耐光性強。
【具體實施方式】
[0017] 為了更加清楚的理解本發明的目的、技術方案及有益效果，下面對本發明做進一 步的說明，但并不將本發明的保護范圍限定在以下實施例中。
[0018] 本發明高白度耐光性金紅石型二氧化鈦基材的制備方法，包括以下步驟： (1) 制備偏鈦酸：鈦鐵礦與硫酸酸解得到硫酸氧鈦、經沉降、結晶、水解生成偏鈦酸； (2) 偏鈦酸一次水洗：用溫度為50~80°C的去離子水洗滌偏鈦酸，去除其中的金屬雜 質； (3) 制備偏鈦酸漿料：水洗后的偏鈦酸中加水打漿，漿料的濃度為300~350g/L; (4) 漂白偏鈦酸漿料：向偏鈦酸漿料中加入硫酸，使漿料的硫酸濃度為60~90g/L，并 同時向漿料中加入5wt%的金紅石型鈦白煅燒晶種和0.