一种氯化法钛白初品粒径的控制方法及设备

1.本发明总体上涉及氯化法钛白生产技术领域，更具体地，涉及一种氯化法钛白初品粒径的控制方法及设备。


背景技术：

2.目前有两种主流的生产钛白粉的工艺：氯化法和硫酸法。与硫酸法相比，氯化法具有自动化程度高、技术先进、优质环保的优点，因而逐步成为钛白行业发展的主要趋势。钛白粉的性质稳定，是目前最好的白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、油墨等领域。不同粒度的氯化钛白对光学性能具有较大的影响，例如：粒度为220-240nm的氯化钛白具有优异的目视白度，在水性、油性体系中具有优异的遮盖力和消色力；粒度为180nm-200nm的氯化钛白在塑料、树脂体系中具有更好的白色颜料性质。在氯化钛白生产过程中，氯化钛白的初品粒径决定了氯化钛白的成品粒度，故控制初品粒度是控制氯化钛白成品类型及质量等级的核心关键环节，如何控制氯化钛白粒度、优化粒度分布已成为亟待解决的问题。
3.基于上述背景，本技术的发明人认识到，在现有技术的该类解决方案中仍然存在进一步的改进空间。


技术实现要素：

4.本公开总结了实施例的各方面，并且不应当用于限制权利要求。根据在此描述的技术可设想到其他实施方式，这对于本领域普通技术人员来说在研究以下附图和具体实施方式后将是显而易见的，并且这些实施方式意图被包含在本技术的范围内。
5.本技术的发明人认识到，需要一种氯化法钛白初品粒径的控制方法及设备，该方法和设备应当能够便利地控制钛白初品的粒度，同时还能优化粉体的粒度分布，并且应具有成本低、操作简单的优势。
6.根据本发明的一个方面，提供了一种氯化法钛白初品粒径的控制方法，包括如下步骤：
7.根据目标钛白初品粒径设定对混合反应区和/或冷却区施加的电场的参数；
8.将加热后的氧气通入氧气通道；
9.将加热后的ticl4和alcl3通入进料通道，与氧气在混合反应区中进行反应；
10.在冷却区中对反应生成的氯化钛白氧化初品进行冷却和分离。
11.根据本发明的一个实施例，其中，根据目标钛白初品粒径设定对混合反应区和/或冷却区施加的电场的参数包括：
12.根据目标钛白初品粒径设定对混合反应区和/或冷却区施加的电场的区域长度。
13.根据本发明的一个实施例，其中，根据目标钛白初品粒径设定对混合反应区和/或冷却区施加的电场的参数包括：
14.根据目标钛白初品粒径设定对混合反应区和/或冷却区施加的电场的电场强度。
15.根据本发明的一个实施例，其中，根据目标钛白初品粒径设定对混合反应区和/或
冷却区施加的电场的参数包括：
16.对混合反应区和/或冷却区中与进料通道的进料口间隔开预设距离范围的区域施加电场。
17.根据本发明的一个实施例，其中，在冷却区中对反应生成的氯化钛白氧化初品进行冷却和分离包括：
18.将反应生成的气固混合物经过冷却区中的水浴金属导管进行冷却，控制导管末端温度为150～200℃，循环氯气压力为100～220kpa。
19.根据本发明的一个实施例，其中，对反应生成的氯化钛白氧化初品进行冷却和分离包括：
20.对冷却后的气固混合物进行气固分离以得氯化钛白初品。
21.根据本发明的另一个方面，提供了一种氯化法钛白初品粒径的控制设备，包括：
22.氧气通道，氧气通道用于接收预热后的氧气；
23.混合反应区，混合反应区与氧气通道连通；
24.ticl4进料口，进料口开设于氧气通道与混合反应区之间；
25.可控电场装置，可控电场装置配置为对混合反应区施加电场，
26.其中，可控电场装置施加的电场的参数是基于待生成的目标钛白初品粒径确定。
27.根据本发明的一个实施例，其中，可控电场装置配置为对混合反应区中距离进料口0.05m-25m的区域施加电场。
28.根据本发明的一个实施例，其中，还包括冷却区，冷却区与混合反应区连通，可控电场装置还配置为对冷却区施加电场。
29.根据本发明的一个实施例，其中，电场的参数包括施加的电场的区域长度或电场强度。
30.本发明的方案能够便利地控制钛白初品的粒度，同时还能优化粉体的粒度分布。采用本发明方法生产的氯化钛白初品平均粒径能够达到180～260nm可控的水平。此外，本发明的方案还具有成本低、操作简单的优势，尤其是取消了添加剂——如氯化钾——的使用，如果在氯化钛白行业推广应用，将能够带来明显的经济效益。
附图说明
31.为了更好地理解本发明，可以参考以下附图中所示的实施例。附图中的部件不一定按比例绘制，并且可以省略相关的元件，或者在一些情况下比例可能已经被放大，以便强调和清楚地示出本文描述的新颖特征。另外，如本领域中已知的，系统部件可以被不同地布置。此外，在附图中，贯穿几个视图，相同的附图标记表示相应的部分。
32.图1示出了根据本发明一实施例的一种氯化法钛白初品粒径控制方法的框图；
33.图2示出了根据本发明另一实施例的一种氯化法钛白初品粒径控制方法的框图；
34.图3示出了根据本发明一实施例的一种氯化法钛白初品粒径控制设备的示意图。
35.100、200、氯化法钛白初品粒径控制方法的两个实施例；110-140、氯化法钛白初品粒径控制方法一实施例的步骤一至四；210-260、氯化法钛白初品粒径控制方法另一实施例的步骤一至六；10、氯化法钛白初品粒径控制设备；12、氧气通道；14、混合反应区；16、进料口；18、可控电场装置；20、冷却区。
具体实施方式
36.以下描述了本公开的实施例。然而，应该理解，所公开的实施例仅仅是示例，并且其他实施例可以采取各种替代形式。附图不一定按比例绘制；某些功能可能被夸大或最小化以显示特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是作为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任何一个附图所示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中所示的特征组合以产生没有明确示出或描述的实施例。所示特征的组合为典型应用提供了代表性实施例。然而，与本公开的教导相一致的特征的各种组合和修改对于某些特定应用或实施方式可能是期望的。
37.如在以上背景技术中所提到的，本发明人意识到，现有技术中的氯化法钛白初品粒径控制方案存在一定的改进空间。本技术的发明人在一个或多个实施例中提供了一种氯化法钛白初品粒径控制方法和设备，相信其能解决现有技术中的一个或多个问题。
38.根据本发明的一个方面，提供了一种氯化法钛白初品粒径的控制方法100，参考图1中的流程图和图3中所示的装置，包括如下步骤：
39.步骤110根据目标钛白初品粒径设定对混合反应区14和/或冷却区20施加的电场的参数；
40.步骤120将加热后的氧气通入氧气通道12；
41.步骤130将加热后的ticl4和alcl3通入进料通道，与氧气在混合反应区14中进行反应；
42.步骤140在冷却区20中对反应生成的氯化钛白氧化初品进行冷却和分离。
43.在电场施加的区域中，受电场控制通过碰撞、团并形成多个均匀的tio2粒子。本发明通过在混合反应区14和/或冷却区20上施加可控电场，使得新生成的tio2颗粒表面附着带电离子。微小tio2颗粒在氧化反应器的混合反应区14进行布朗运动，相互碰撞并不断长大，但由于颗粒之间大小不同，较小的颗粒受电磁力的作用运动速度较快，可以迅速靠近大颗粒晶体，并在高温作用下颗粒之间相互融合。这促进了钛白粉晶体粒度的生长，且得到多个均匀的粒子，从而在提升粒子的粒度的同时，也优化了粉体的粒度分布。
44.本领域技术人员可以理解，上述及以下阐明的方法的步骤顺序并不局限于所列出的顺序，在实际应用中可以根据需要进行调整，而不脱离本发明的保护范围。
45.参考图2中根据本发明另一实施例的一种氯化法钛白初品粒径控制方法200的框图，步骤110根据目标钛白初品粒径设定对混合反应区14和/或冷却区20施加的电场的参数可以包括：
46.步骤210根据目标钛白初品粒径设定对混合反应区14和/或冷却区20施加的电场的区域长度，和/或根据目标钛白初品粒径设定对混合反应区14和/或冷却区20施加的电场的电场强度。例如，对于常规的氯化法钛白生产过程，施加的电场的区域长度可以为10-30m之间；施加的电场强度可以在e＝u/d＝220～370v/m之间，其中u为电压，d为反应区或冷却导管直径，例如可以为80～230mm。
47.在一些进一步的实施例中，参考图2中氯化法钛白初品粒径控制方法200，步骤110根据目标钛白初品粒径设定对混合反应区14和/或冷却区20施加的电场的参数可以包括：
48.步骤220对混合反应区14和/或冷却区20中与进料通道的进料口16间隔开预设距
离范围的区域施加电场，例如距离进料口0.05m-25m的区域。
49.此外，继续参考图2中氯化法钛白初品粒径控制方法200，步骤140在冷却区20中对反应生成的氯化钛白氧化初品进行冷却和分离可以包括：
50.步骤250将反应生成的气固混合物经过冷却区20中的水浴金属导管进行冷却，控制导管末端温度为150～200℃，循环氯气压力为100～220kpa。
51.进一步地，步骤140对反应生成的氯化钛白氧化初品进行冷却和分离还包括：
52.步骤260对冷却后的气固混合物进行气固分离以得氯化钛白初品。
53.以下将参考图3进一步阐述基于上述构思实现的若干实施例。
54.实施例1
55.在此实施例中，待生产的目标氯化钛白初品粒度要求为180nm左右，因此将电场施加在混合反应区14和/或冷却区20中与进料通道的进料口16间隔开0.05m-17m的范围内，施加的电场强度为e＝u/d＝370v/m。
56.接下来，将氧气预热至890摄氏度，并输送至氧气通道12中，氧气的供给速度设定为1200千克/小时；将四氯化钛预热至450摄氏度并与三氯化铝水溶液混合后通过进料通道进入进料口16，参考图3所示，设定四氯化钛的供给速度5.5吨/小时，设定三氯化铝的质量占四氯化钛的1％、供给速度约为11千克/小时；全部物料在混合反应区14中电场的影响下进行反应，随后在与混合反应区14连接的冷却区20中的水浴金属导管内进行冷却，控制导管末端温度为150～200℃，循环氯气压力为100～220kpa，最后对冷却后的气固混合物进行气固分离以得氯化钛白初品，实际测得的氯化钛白初品粒度处于180
±
10nm左右。
57.实施例2
58.在此实施例中，待生产的目标氯化钛白初品粒度要求为210nm左右，因此将电场施加在混合反应区14和/或冷却区20中与进料通道的进料口16间隔开0.05m-17m的范围内，施加的电场强度为e＝u/d＝270v/m。
59.接下来，将氧气预热至890摄氏度，并输送至氧气通道12中，氧气的供给速度设定为1200千克/小时；将四氯化钛预热至450摄氏度并与三氯化铝水溶液混合后通过进料通道进入进料口16，参考图3所示，设定四氯化钛的供给速度5.5吨/小时，设定三氯化铝的质量占四氯化钛的1％、供给速度约为11千克/小时；全部物料在混合反应区14中电场的影响下进行反应，随后在与混合反应区14连接的冷却区20中的水浴金属导管内进行冷却，控制导管末端温度为150～200℃，循环氯气压力为100～220kpa，最后对冷却后的气固混合物进行气固分离以得氯化钛白初品，实际测得的氯化钛白初品粒度处于210
±
10nm左右。
60.实施例3
61.在此实施例中，待生产的目标氯化钛白初品粒度要求为260nm左右，因此将电场施加在混合反应区14和/或冷却区20中与进料通道的进料口16间隔开0.05m-17m的范围内，施加的电场强度为e＝u/d＝220v/m。
62.接下来，将氧气预热至890摄氏度，并输送至氧气通道12中，氧气的供给速度设定为1200千克/小时；将四氯化钛预热至450摄氏度并与三氯化铝水溶液混合后通过进料通道进入进料口16，参考图3所示，设定四氯化钛的供给速度5.5吨/小时，设定三氯化铝的质量占四氯化钛的1％、供给速度约为11千克/小时；全部物料在混合反应区14中电场的影响下进行反应，随后在与混合反应区14连接的冷却区20中的水浴金属导管内进行冷却，控制导
管末端温度为150～200℃，循环氯气压力为100～220kpa，最后对冷却后的气固混合物进行气固分离以得氯化钛白初品，实际测得的氯化钛白初品粒度处于260
±
10nm左右。
63.根据本发明的另一个方面，参考图3，本发明进一步提供了一种氯化法钛白初品粒径控制设备10，包括：氧气通道12，氧气通道12用于接收预热后的氧气；混合反应区14，混合反应区14与氧气通道12连通；ticl4进料口16，进料口16开设于氧气通道12与混合反应区14之间；可控电场装置18，可控电场装置18配置为对混合反应区14施加电场，其中，可控电场装置18施加的电场的参数是基于待生成的目标钛白初品粒径确定。
64.在本发明的一些实施方式中，可控电场装置18配置为对混合反应区14中距离进料口0.05m-25m的区域施加电场。在本发明的一些实施方式中，氯化法钛白初品粒径控制设备10还包括冷却区20，冷却区20与混合反应14区连通，可控电场装置18还配置为对冷却区20施加电场。在本发明的一些实施方式中，电场的参数包括施加的电场的区域长度或电场强度。
65.在本技术文件中，当一个元件或者部分被称为“在...上”、“接合至”、“连接至”或者“耦接至”另一元件或者部分时，该元件或者部分可直接在另一元件或者部分上，接合、连接或者耦接至另一元件或者部分，或者可存在介于其间的元件或者部分。相反，当一个元件被称为是“直接在...上”、“直接接合至”、“直接连接至”或者“直接耦接至”另一元件或者部分时，可不存在介于其间的元件或者部分。用于描述元件之间的关系的其他词应当以类似的方式来解释。
66.应当理解，一种氯化法钛白初品粒径控制设备10构造用于实施根据本发明的氯化法钛白初品粒径控制方法100、200，在相互不冲突的情况下，以上针对根据本发明的第一个方面的氯化法钛白初品粒径控制方法100、200阐述的所有实施方式、特征和优势同样地适用于根据本发明的该另一个方面的氯化法钛白初品粒径控制设备10。也就是说，上面所述的所有实施例及其变化都可以直接移转应用并结合于此。为了本公开的简洁起见，在此不再重复阐述。
67.综上所述，相比于现有技术，本发明提出了一种氯化法钛白初品粒径的控制方法及设备，本发明的方案能够便利地控制钛白初品的粒度，同时还能优化粉体的粒度分布。采用本发明方法生产的氯化钛白初品平均粒径能够达到180～260nm可控的水平。此外，本发明的方案还具有成本低、操作简单的优势，尤其是取消了添加剂——如氯化钾——的使用，如果在氯化钛白行业推广应用，将能够带来明显的经济效益。
68.应当理解，在技术上可行的前提下，以上针对不同实施例所列举的技术特征可以相互组合，从而形成本发明范围内的另外实施例。
69.在本技术中，反意连接词的使用旨在包括连接词。定或不定冠词的使用并不旨在指示基数。具体而言，对“该”对象或“一”和“一个”对象的引用旨在表示多个这样对象中可能的一个。此外，可以使用连接词“或”来传达同时存在的特征，而不是互斥方案。换句话说，连接词“或”应理解为包括“和/或”。术语“包括”是包容性的并且具有与“包含”相同的范围。
70.上述实施例是本发明的实施方式的可能示例，并且仅是为了使本领域技术人员清楚地理解本发明的原理而给出。本领域技术人员应当理解：以上针对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。在本发明的整体构思下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以彼此进行组
合，并产生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，它们没有在具体实施方式中提供。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，均应包含在本发明所要求的保护范围之内。