调节二氧化钛晶胞参数的方法与流程

1.本发明涉及钛白生产技术领域，具体涉及一种调节二氧化钛晶胞参数的方法。


背景技术：

2.钛白粉是当前世界上最好的白色颜料，其消费量是衡量国家经济发展水平和人民生活水平高低的一个重要标志。从钛白粉生产工艺来看，全球钛白粉产品以硫酸法工艺为主导。
3.对钛白粉而言，二氧化钛晶胞是最基本的几何结构单元，晶胞微观结构直接影响着产品的宏观结构，是影响钛白产品质量指标的关键因素，进而影响钛白粉颜料性能和应用性能。硫酸法钛白先制备获得二氧化钛前驱体水合二氧化钛，然后经过高温煅烧从而制得二氧化钛晶体。在从前驱体向二氧化钛晶体转化时，现有技术仅重视对颜料性能的影响，欠缺着眼微观领域对晶胞参数的调控措施和方法。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种调节二氧化钛晶胞参数的方法，能够解决现有技术欠缺对二氧化钛晶体晶胞参数调控方法的问题。
5.根据本发明的一个方面，提出一种调节二氧化钛晶胞参数的方法，包括：
6.将水合二氧化钛与去离子水混合，获得浆料；
7.向所述浆料中加入铝盐；
8.对加入铝盐的浆料进行煅烧，获得产品；
9.其中，通过调节铝盐加入量来调节产品的二氧化钛晶胞参数。
10.根据本发明的一个实施例，所述铝盐为硫酸铝。
11.根据本发明的一个实施例，铝盐加入量表示为：铝盐按al2o3计与浆料中tio2的质量比；并且铝盐加入量为0.10％～0.30％。
12.根据本发明的一个实施例，将铝盐加入量调节到0.20％，获得二氧化钛晶胞参数的最大值；或者
13.在铝盐加入量为0.10％～0.20％的范围内，通过增大铝盐加入量来增大二氧化钛晶胞参数，或者通过减小铝盐加入量来减小二氧化钛晶胞参数；或者
14.在铝盐加入量为0.20％～0.30％的范围内，通过增大铝盐加入量来减小二氧化钛晶胞参数，或者通过减小铝盐加入量来增大二氧化钛晶胞参数。
15.根据本发明的一个实施例，同一晶胞参数对应不同的铝盐加入量，基于生产成本和/或产品性质来选择铝盐加入量。
16.根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：选取符合标准的水合二氧化钛制备所述浆料，其中所述标准包括：粒径大于等于3μm的粒子占比不超过13％，中位粒径为1.8～2.25um。
17.根据本发明的一个实施例，所述进行煅烧包括：
18.第一段煅烧：从室温升至400～500℃，煅烧时间为1～3h；
19.第二段煅烧：从400℃～500℃升温至760℃，煅烧时间为1～3h；
20.第三段煅烧：从760℃升温至850℃～950℃，煅烧时间为0.5～2.5h。
21.根据本发明的一个实施例，基于铝盐加入量来调节煅烧最高温度，铝盐加入量越高则煅烧最高温度越高。
22.根据本发明的一个实施例，以0.001％～0.01％的改变量来调节铝盐加入量。
23.根据本发明的一个实施例，产品中金红石相的含量为98％～99.5％。
24.在根据本发明的实施例的调节二氧化钛晶胞参数的方法中，通过调节铝盐加入量来调节产品的二氧化钛晶胞参数，从而通过调控二氧化钛的晶胞参数，可以获得不同微观结构的产品，以应用于不同的专用领域。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明实施例进一步详细说明。
26.需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
27.本发明提出一种调节二氧化钛晶胞参数的方法，包括：
28.将水合二氧化钛与去离子水混合，获得浆料；
29.向所述浆料中加入铝盐；
30.对加入铝盐的浆料进行煅烧，获得产品；
31.其中，通过调节铝盐加入量来调节产品的二氧化钛晶胞参数。
32.本发明旨在通过调控最基本的几何单元晶胞而从本质上调控产品质量。在根据本发明的实施例的调节二氧化钛晶胞参数的方法中，通过调节铝盐加入量来调节产品的二氧化钛晶胞参数，从而通过调控二氧化钛的晶胞参数，可以获得不同微观结构的产品，以应用于不同的专用领域。例如，可以制备多个浆料，并在不同浆料中加入不同量的铝盐，经煅烧获得具有不同二氧化钛晶胞参数的产品。
33.铝盐可以为铝离子与酸根离子组成的盐类物质，包括硫酸铝、氯化铝等。在本发明的实施例中，所述铝盐优选为硫酸铝。本技术的发明人发现通过加入硫酸铝能够获得具有良好性能的钛白产品。
34.在本发明的实施例中，铝盐加入量表示为：铝盐按al2o3计与浆料中tio2的质量比，可以通过al2o3与铝盐的分子量换算，来获得所需铝盐的质量。在一个实施例中，铝盐加入量为0.10％～0.30％，即铝盐按al2o3计与浆料中tio2的质量比为0.10％～0.30％，本发明在该范围内调节铝盐加入量的具体数值，进而调节二氧化钛晶胞参数。
35.在一个实施例中，将铝盐加入量调节到0.20％，获得二氧化钛晶胞参数的最大值。
36.在一个实施例中，在铝盐加入量为0.10％～0.20％的范围内，通过增大铝盐加入量来增大二氧化钛晶胞参数，或者通过减小铝盐加入量来减小二氧化钛晶胞参数。
37.在一个实施例中，在铝盐加入量为0.20％～0.30％的范围内，通过增大铝盐加入量来减小二氧化钛晶胞参数，或者通过减小铝盐加入量来增大二氧化钛晶胞参数。
38.铝盐加入量与二氧化钛晶胞参数之间的关系在铝盐加入量为0.10％～ 0.20％的范围内为正相关，在铝盐加入量为0.20％～0.30％的范围内为负相关，在铝盐加入量为0.20％时二氧化钛晶胞参数达到最大值。即，类似于抛物线的关系。
39.当掺加的硫酸铝与二氧化钛质量比从0.10％调节到0.20％时，二氧化钛的晶胞参数a＝b，将由4.59264增加至4.59536；二氧化钛的晶胞参数c，将由2.95809增加至2.95899。当掺加的硫酸铝与二氧化钛质量比从0.20％调节到0.30％范围内时，二氧化钛的晶胞参数a＝b，将由4.59536降低至4.59238；二氧化钛的晶胞参数c，将由2.95899降至2.95818。
40.在一个实施例中，同一晶胞参数对应不同的铝盐加入量，基于生产成本和/或产品性质来选择铝盐加入量。由于铝盐加入量与二氧化钛晶胞参数之间的关系类似于抛物线的关系，那么除顶点之外，对于同一晶胞参数可能对应两个不同的铝盐加入量数值，此时可以基于生产成本和/或产品性质来从中选择相应的铝盐加入量。例如，从生产成本的角度考量，选择数值较小的铝盐加入量。在其他情况下，如果考虑到产品性质方面，也可能选择数值更大的铝盐加入量。
41.在一个实施例中，以0.001％～0.01％的改变量来调节铝盐加入量。例如，从铝盐加入量为0.1％调节至铝盐加入量为0.11％。铝盐加入量微小的改变可能会导致二氧化钛微观结构一定程度的改变以及相应的宏观性质的改变。
42.所述方法还包括：选取符合标准的水合二氧化钛制备所述浆料，其中所述标准包括：粒径大于等于3μm的粒子占比不超过13％，中位粒径d50 为1.8～2.25um。水合二氧化钛的粒度等会影响到煅烧制度，以上范围的粒度可以保证煅烧过程合适地进行。水合二氧化钛的标准还可以包括：在浆料中tio2的浓度为155.0～175.0g/l，ti
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浓度为0.6～1.5g/l，浆料的过滤时间为80～150s，沉降高度≥100mm。
43.在本发明的实施例中，对水合二氧化钛的煅烧制度分三段进行，所述进行煅烧包括：
44.第一段煅烧：其中从室温升至400～500℃，煅烧时间为1～3h；
45.第二段煅烧：其中从400℃～500℃升温至760℃，煅烧时间为1～3h；
46.第三段煅烧：其中从760℃升温至850℃～950℃，煅烧时间为0.5～2.5h。
47.煅烧后得到钛白初品。每段煅烧可能包括升温和保温，保温时间可以为0.5h。第一段煅烧的作用在于脱自由水；第二段煅烧的作用为脱结合水和脱硫；第三段煅烧的作用为确保向期望晶型转化。本发明获取金红石型钛白。可以通过调节第三段煅烧制度的终点温度，使得产品中金红石相的含量为98％～99.5％。金红石相的含量并非越高越好，含量太高可能会出现过烧等问题，金红石相含量为98％～99.5％的钛白产品适于在多种领域应用。
48.铝盐加入量与煅烧制度之间具有关联。可以基于铝盐加入量来调节煅烧最高温度，铝盐加入量越高则煅烧最高温度越高。
49.本发明涉及一种硫酸法制备钛白产品金红石型二氧化钛晶体的晶胞参数精确调控方法，通过调控二氧化钛的晶胞参数，可以获得不同微观结构的产品，从而可以应用于不同的专用领域。本发明一方面可以直接在硫酸法生产上应用，解决产品存在的短板，优化产品质量，节能降耗；另一方面更能为硫酸法钛白行业开发钛白新产品奠定理论和技术基础，为制备高档专用钛白提供方向。
50.下面通过具体的实施例进行说明。
51.实施例1
52.用下述方法调节二氧化钛晶体晶胞参数，具体操作步骤如下：
53.水合二氧化钛(俗称偏钛酸)用马尔文3000仪器检测d50，结果为1.8um，≥3um粒子≤8％。取100g水合二氧化钛，加入60ml去离子水，搅拌均匀待用。硫酸铝的质量以氧化铝形式计量，偏钛酸质量以二氧化钛形式计量，氧化铝质量除以二氧化钛质量表示硫酸铝添加量，加入硫酸铝量等于0.1％，再次搅拌均匀，浆料放入马弗炉中煅烧，第一段煅烧从室温升至420℃，时间为1.5h；第二段煅烧温度为420～760℃，时间为3h；第三段煅烧温度为 760～900℃，时间为2h，煅烧后，产品金红石含量在98％～99.5％，得到钛白初品，样品晶胞参数a＝b＝4.59264，c＝2.95809。
54.实施例2
55.用下述方法调节二氧化钛晶体晶胞参数，控制钛白初品粒径，具体操作步骤如下：
56.水合二氧化钛(俗称偏钛酸)用马尔文3000仪器检测d50，结果为2.0um，≥3um粒子≤10％。取100g水合二氧化钛，加入60ml去离子水，搅拌均匀待用。硫酸铝的质量以氧化铝形式计量，偏钛酸质量以二氧化钛形式计量，氧化铝质量除以二氧化钛质量表示硫酸铝添加量，加入硫酸铝量等于0.2％，再次搅拌均匀，浆料放入马弗炉中煅烧，第一段煅烧从室温升至420℃，时间为3h；第二段煅烧温度为420～760℃，时间为2h；第三段煅烧温度为 760～890℃，时间为2h，煅烧后，产品金红石含量在98％～99.5％，得到钛白初品，样品晶胞参数a＝b＝4.59536，c＝2.95899。
57.实施例3
58.用下述方法调节二氧化钛晶体晶胞参数，控制钛白初品粒径，具体操作步骤如下：
59.水合二氧化钛(俗称偏钛酸)用马尔文3000仪器检测d50，结果为 2.25um，≥3um粒子≤13％。取100g水合二氧化钛，加入60ml去离子水，搅拌均匀待用。硫酸铝的质量以氧化铝形式计量，偏钛酸质量以二氧化钛形式计量，氧化铝质量除以二氧化钛质量表示硫酸铝添加量，加入硫酸铝量等于0.3％，再次搅拌均匀，浆料放入马弗炉中煅烧，第一段煅烧从室温升至420℃，时间为3h；第二段煅烧温度为420～760℃，时间为2h；第三段煅烧温度为760～930℃，时间为2h，煅烧后，产品金红石含量在98％～ 99.5％，得到钛白初品，样品晶胞参数a＝b＝4.59238，c＝2.95818。
60.实施例4
61.用下述方法调节二氧化钛晶体晶胞参数，控制钛白初品粒径，具体操作步骤如下：
62.水合二氧化钛(俗称偏钛酸)用马尔文3000仪器检测d50，结果为1.8um，≥3um粒子≤13％。取100g水合二氧化钛，加入60ml去离子水，搅拌均匀待用。硫酸铝的质量以氧化铝形式计量，偏钛酸质量以二氧化钛形式计量，氧化铝质量除以二氧化钛质量表示硫酸铝添加量，加入硫酸铝量等于0.25％，再次搅拌均匀，浆料放入马弗炉中煅烧，第一段煅烧从室温升至500℃，时间为3h；第二段煅烧温度为500～760℃，时间为2h；第三段煅烧温度为 760～920℃，时间为2h，煅烧后，产品金红石含量在98％～99.5％，得到钛白初品，样品晶胞参数a＝b＝4.59459，c＝2.95877。
63.需要特别指出的是，上述各个实施例中的各个组件或步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换形成的组合也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在所述实施例之上。
64.以上是本发明公开的示例性实施例，上述本发明实施例公开的顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。但是应当注意，以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求) 被限于这些例子，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/ 或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
65.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。