一种水解晶种粒度的调控方法及水解晶种制备方法与流程

1.本发明涉及化工行业钛白粉生产领域，具体涉及一种水解晶种粒度调控方法，以及使用该方法对粒度进行调控的水解晶种制备方法。


背景技术：

2.钛白粉是一种重要的工业原料，它在涂料、塑料、油墨、造纸等行业中有大量的应用。水解是硫酸法钛白生产的主要工序之一，目前大部分硫酸法钛白水解采用外加晶种制备工艺。外加晶种水解工艺中，水解晶种的质量对水解偏钛酸质量影响很大，但是目前行业判定水解晶种质量的标准仅采用稳定性这一指标。稳定性检测方法非常简单，在锥形瓶中加入10ml晶种，边加水边振荡，直到发生水解变白，以此时的体积作为稳定性，一般要求稳定性在110～130ml作为合格指标。实验表明此种方法无法准确表征水解晶种的质量，实验表明采用不同指标的晶种含钛溶液或不同晶种制备工艺获得相同稳定性的水解晶种制备获得的偏钛酸质量不尽相同，甚至差异极大。
3.经过研究发现，水解晶种的粒度分布能更加准确的表征水解晶种的质量，相近粒度分布的水解晶种制备的偏钛酸质量差异不大。
4.针对仅靠稳定性不能准确表征水解晶种质量的问题，发明人经过研究发现，水解晶种的粒度分布能更加准确的表征水解晶种的质量，相近粒度分布的水解晶种制备的偏钛酸质量差异不大。发明人由此研究了影响水解晶种粒度分布因素，得到了调控水解晶种粒度分布的方法。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种水解晶种粒度调控方法，该方法通过调整含钛溶液的含钛溶液指标等参数来实现水解晶种粒度的精准调控，解决了含钛溶液外加晶种仅靠稳定性判定晶种质量，导致晶种粒度分布差异大，不能准确表征晶种质量的技术难题。本发明同时提供一种使用该方法对粒度进行调控的水解晶种制备方法。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
7.依据本发明，提供一种水解晶种粒度调控方法，水解晶种由含钛溶液与氢氧化钠溶液混合，经预热、熟化保温工序制备而成，方法包含：
8.确定含钛溶液的钛液指标，钛液指标包含tio2浓度、f值和铁钛比；
9.增加至少一项钛液指标的值以获得粒径增大的水解晶种；或者
10.降低至少一项钛液指标的值以获得粒径减小的水解晶种。
11.依据本发明的一个实施例，方法包含：
12.确定氢氧化钠溶液的浓度；
13.提高氢氧化钠溶液的浓度以获得粒径增大的水解晶种；或者
14.降低氢氧化钠溶液的浓度以获得粒径减小的水解晶种。
15.依据本发明的一个实施例，方法包含：
16.确定碱钛比，碱钛比为氢氧化钠溶液中的氢氧化钠与含钛溶液中的二氧化钛的质量比；
17.降低碱钛比以获得粒径增大的水解晶种；或者
18.增大碱钛比以获得粒径减小的水解晶种。
19.依据本发明的一个实施例，方法包含：
20.确定含钛溶液的预热温度；
21.降低含钛溶液的预热温度以获得粒径增大的水解晶种；或者
22.增大含钛溶液的预热温度以获得粒径减小的水解晶种。
23.依据本发明的一个实施例，方法包含：
24.确定氢氧化钠溶液的预热温度；
25.降低氢氧化钠溶液的预热温度以获得粒径增大的水解晶种；或者
26.增大氢氧化钠溶液的预热温度以获得粒径减小的水解晶种。
27.依据本发明的一个实施例，方法包含：
28.确定含钛溶液与氢氧化钠溶液混合后的熟化温度；
29.降低熟化温度以获得粒径增大的水解晶种；或者
30.增大熟化温度以获得粒径减小的水解晶种。
31.依据本发明的一个实施例，方法包含：
32.确定含钛溶液与氢氧化钠溶液混合后的熟化时间；
33.延长熟化温度以获得粒径增大的水解晶种；或者
34.缩短熟化温度以获得粒径减小的水解晶种。
35.依据本发明的一个实施例，含钛溶液包含硫酸氧钛溶液。
36.依据本发明，提供一种水解晶种制备方法，该制备方法使用上述任一项的水解晶种粒度调控方法对晶种粒度进行调控。
37.通过采用上述技术方案，本发明相比于现有技术具有如下优点：
38.(1)依据本发明的方法可表征和调控硫酸氧钛水解晶种的粒度分布，从而改善水解晶种质量；
39.(2)依据本发明的方法实施后，提高水解偏钛酸合格率10％以上，预计年经济效益1000万元以上。
具体实施方式
40.应当理解，在示例性实施例中所示的本发明的实施例仅是说明性的。虽然在本发明中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本发明主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本发明的范围内。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。
41.依据本发明的水解晶种粒度调控方法，适用于由含钛溶液与氢氧化钠溶液混合，经预热、熟化保温工序获得水解晶种的制备过程。其中，含钛溶液包含但不限于硫酸氧钛溶液。
42.在本发明的实施例中，水解晶种粒度的调控包含确定含钛溶液的含钛溶液指标，并通过含钛溶液指标的设定来调整所获水解晶种的晶粒度。其中，含钛溶液指标包含tio2浓度、f值和铁钛比，f值是在反应前含钛溶液中的有效酸的浓度与总的钛浓度的比值，有效酸是含钛溶液中的游离酸和与钛结合的酸的总和。具体地，增加至少一项含钛溶液指标的值以获得粒径增大的水解晶种；或者降低至少一项含钛溶液指标的值以获得粒径减小的水解晶种。例如，以目前常规含钛溶液指标tio2浓度195g/l、f＝1.85、铁钛比＝0.3为基准，若制备平均粒径较大的水解晶种进行如下调整：增加含钛溶液浓度、f值、铁钛比三个指标中至少一项；若制备平均粒径较小的水解晶种则降低含钛溶液浓度、f值、铁钛比三个指标中至少一项。
43.在本发明的又一实施例中，水解晶种粒度的调控包含确定氢氧化钠溶液的浓度，并通过氢氧化钠溶液的浓度的设定来调整所获水解晶种的晶粒度。具体地，提高氢氧化钠溶液的浓度以获得粒径增大的水解晶种；或者降低氢氧化钠溶液的浓度以获得粒径减小的水解晶种。例如，以目前常规氢氧化钠溶液浓度10％为基准，若制备平均粒径较大的水解晶种则提高氢氧化钠溶液浓度。若制备平均粒径较小的水解晶种则降低氢氧化钠溶液浓度。
44.在本发明的又一实施例中，水解晶种粒度的调控包含确定碱钛比，并通过碱钛比的设定来调整所获水解晶种的晶粒度。具体地，降低碱钛比以获得粒径增大的水解晶种；或者增大碱钛比以获得粒径减小的水解晶种。例如，以目前常规水解晶种制备碱钛比0.18为基准，若制备平均粒径较大的水解晶种，降低碱钛比到0.16以下。若制备平均粒径较小的水解晶种增加碱钛比到0.19以上。
45.在本发明的又一实施例中，水解晶种粒度的调控包含确定含钛溶液的预热温度、氢氧化钠溶液的预热温度和/或二者混合后的熟化温度，并通过上述温度的设定来调整所获水解晶种的晶粒度。具体地，降低上述至少一项温度以获得粒径增大的水解晶种；或者增大至少一项温度以获得粒径减小的水解晶种。例如，以目前常规含钛溶液预热到85℃、碱液预热温度85℃、熟化保温温度96℃为基准。若制备平均粒径较大的水解晶种进行如下调整：降低含钛溶液预热温度、碱液预热温度、熟化温度中至少一项。若制备平均粒径较小的水解晶种则增加含钛溶液预热温度、碱液预热温度、熟化温度中至少一项。
46.在本发明的又一实施例中，水解晶种粒度的调控包含确定含钛溶液与氢氧化钠溶液混合后的熟化时间，并通过熟化时间的设定来调整所获水解晶种的晶粒度。具体地，延长熟化时间以获得粒径增大的水解晶种；或者缩短熟化时间以获得粒径减小的水解晶种。例如，将预热好的含钛溶液3min内加入到预热好的氢氧化钠溶液中，调整晶种熟化时间。以目前常规熟化时晶种稳定性110～130ml为基准，若制备平均粒径较大的水解晶种进行如下调整：稳定性达到110～130ml后适当延长熟化时间至稳定性达到100ml以下。若制备平均粒径较小的水解晶种，缩短熟化时间，使得稳定性在130ml以上。
47.水解晶种制备完成后，可借助于检测纳米粒径的激光粒度仪检测晶种粒度。
48.下面通过详细的实施例来对本发明的上述调控方法进行详细阐述。
49.实施例1
50.本实施例示出了常规水解晶种的制备过程：
51.(1)取500ml tio2浓度195g/l、f＝1.85、铁钛比＝0.3的钛液预热到85℃；
52.(2)按碱钛比0.18计算，取180g 10％naoh溶液加入到烧杯或烧瓶中预热到85℃；
53.(3)开启搅拌状态下，将预热好的钛液3min内加入到预热好的碱液中；
54.(4)升温到96℃并保温熟化，熟化过程取样检测稳定性，晶种制备完成，快速放入到水解钛液中；
55.(5)稳定性达到110～130ml后停止加热，晶液中混合，并完成后续水解；
56.(6)用zs90激光粒度仪检测晶种平均粒径为8nm。
57.实施例2
58.本实施例示出了通过调整钛液f值和铁钛比制备大粒径水解晶种的制备过程：
59.(1)取500ml tio2浓度195g/l、f＝1.85、铁钛比＝0.3的钛液，加入98％硫酸25.5g，将f值调整到2.1，加入七水硫酸亚铁49.6g，将铁钛比调整到0.4，搅拌均匀后，预热到85℃；
60.(2)按碱钛比0.18计算，取180g 10％naoh溶液加入到烧杯或烧瓶中预热到85℃；
61.(3)开启搅拌状态下，将预热好的钛液3min内加入到预热好的碱液中；
62.(4)升温到96℃并保温熟化，熟化过程取样检测稳定性；
63.(5)稳定性达到110～130ml后停止加热，晶种制备完成，快速放入到水解钛液中混合，并完成后续水解；
64.(6)用zs90激光粒度仪检测晶种平均粒径为16nm。
65.实施例3
66.本实施例示出了通过调整钛液浓度、碱钛比制备小粒径水解晶种的制备过程：
67.(1)取500ml tio2浓度200g/l、f＝1.85、铁钛比＝0.3的钛液，加入水将总体积调整到571ml，将tio2浓度调到175g/l，搅拌均匀后，预热到85℃；
68.(2)按碱钛比0.2计算，取200g 10.0％naoh溶液加入到烧杯或烧瓶中预热到85℃；
69.(3)开启搅拌状态下，将预热好的钛液3min内加入到预热好的碱液中；
70.(4)升温到96℃并保温熟化，熟化过程取样检测稳定性；
71.(5)稳定性达到110～130ml后停止加热，晶种制备完成，快速放入到水解钛液中混合，并完成后续水解。
72.(6)用zs90激光粒度仪检测晶种平均粒径为5nm。
73.实施例4
74.本实施例示出了通过降低预热温度、调整熟化时间制备大粒径水解晶种的制备过程：
75.(1)取500ml tio2浓度200g/l、f＝1.85、铁钛比＝0.3的钛液，搅拌均匀后，预热到65℃；
76.(2)按碱钛比0.18计算，取180g 10.0％naoh溶液加入到烧杯或烧瓶中预热到65℃；
77.(3)开启搅拌状态下，将预热好的钛液3min内加入到预热好的碱液中；
78.(4)升温到96℃并保温熟化，熟化过程取样检测稳定性；
79.(5)稳定性达到110～130ml后继续加热，延长熟化时间至稳定性达到60～80ml后停止加热，晶种制备完成，快速放入到水解钛液中混合，并完成后续水解。
80.(6)用zs90激光粒度仪检测晶种平均粒径为约20nm。
81.实施例5
82.本实施例示出了通过降低碱液浓度、提高钛液预热温度和熟化温度制备小粒径水解晶种的制备过程：
83.(1)取500ml tio2浓度200g/l、f＝1.85、铁钛比＝0.3的钛液，搅拌均匀后，预热到95℃；
84.(2)按碱钛比0.18计算，取360g 5.0％naoh溶液加入到烧杯或烧瓶中预热到85℃；
85.(3)开启搅拌状态下，将预热好的钛液3min内加入到预热好的碱液中；
86.(4)升温到100℃并保温熟化，熟化过程取样检测稳定性；
87.(5)稳定性达到110～130ml后继续加热，延长熟化时间至稳定性达到60～80ml后停止加热，晶种制备完成，快速放入到水解钛液中混合，并完成后续水解；
88.(6)用zs90激光粒度仪检测晶种平均粒径为10nm。
89.上述5组实施例所得水解晶种平均粒径对比情况见表1。
90.表1水解晶种平均粒径对比情况
[0091][0092]
从表1可见，采用本发明的调整晶种粒度方法可得到粒度大小不同的水解晶种。
[0093]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。