一種綠泥石基復合鈦白粉及其制備方法
【專利摘要】本發明提供了一種綠泥石基復合鈦白粉及其制備方法，本發明的復合鈦白粉通過在綠泥石表面包覆納米二氧化鈦顆粒及納米氧化鋁顆粒得到，并由以下重量份數比的組分制成：綠泥石60～70份，二氧化鈦15～30份，氧化鋁1～5份，分散劑0.5～5份；本發明所述的綠泥石基復合鈦白粉通過沉積、洗滌過濾以及煅燒步驟制備而成；通過本發明獲得的綠泥石基復合鈦白粉具有成本低、白度高、分散性好、吸油值低、水溶鹽值低的特點。
【專利說明】一種綠泥石基復合鈦白粉及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種復合鈦白粉及其制備方法。
【背景技術】
[0002]二氧化鈦(TiO2),英文名Titanium dioxide,是一種重要的無機化工原料,對身體無毒、無害。當二氧化鈦作為白色顏料時被稱之為鈦白(Titanium dioxide white pigment,Titanium white)，鈦白是最重要的白色顏料，占全部白色顏料使用量的80%。鈦資源的90%用于生產鈦白粉，其余10%生產金屬鈦、鈦合金和陶瓷等。鈦白粉已成為世界無機化工產品中銷售量最大的三種商品之一，僅次于合成氨和磷酸。TiO2作為白色顏料具有極高的不透明度和優良的光學性能、顏料性質。因此被廣泛的應用于涂料、油墨、塑料、橡膠、造紙、化纖和日用化妝品等行業中。
[0003]目前鈦白粉的工業生產方法包括硫酸法和氯化法，分別占全球鈦白粉生產的47%和53%，在我國，約有95%的企業采用硫酸法工藝。硫酸法工藝以鈦鐵礦為原料，采用85%硫酸進行分解，使礦中鈦化合物轉變成鈦液，鈦液經凈化后水解轉變成水合二氧化鈦，再經洗滌、煅燒和后處理獲得鈦白粉成品。硫酸法工藝復雜，流程長，生產過程中產生大量的廢酸、酸性廢水和廢渣，環境污染極其嚴重。氯化法是將含鈦礦石(或人造金紅石)經高溫氯化制成四氯化鈦，四氯化鈦再經提純后在高溫下氧化生成二氧化鈦和氯氣，生成的氯氣返回氯化鈦原料。工藝流程短，自動化水平高，產品檔次高。但是，氯化法鈦白生產過程中產生含放射性物質和有毒氯化物的廢渣，難于治理和利用，污染危害極大。隨著我國礦產資源的日益緊缺和國家環保力度的不斷加大，生產成本和環境問題已成為制約我國鈦白行業發展的瓶頸。
[0004]鈦白粉粒子的顏料性能主要通過光學性能體現，光學性能主要取決于TiO2粒子的表面性質，因此，1102粒子內核對光學性能幾乎沒有貢獻。如果能使用一種廉價易得的白色材料取代TiO2粒子內核，則鈦白粉成本將大大降低。
[0005]復合鈦白正是通過采用廉價的礦物作為內核，在其表面包覆一層TiO2粒子而制得。目前各國都在研究和探索復合鈦白，以降低其成本。
[0006]申請號為02135086.8，發明名稱為“納米CaC03/Ti02復合粒子及其制備方法”的中國專利申請，公開了采用Ti (OH) 4膠體溶液沉積在納米CaCO3顆粒上制備納米CaC03/Ti02復合粒子的方法，但該方法由于需要預先制備出Ti (OH) 4膠體，使得工藝復雜，而且成本較高，同時沉積的TiO2十分有限，使得復合粒子顏料性能較差。
申請號為200510080497.3，發明名稱為“白色礦物粉體_Ti02復合白色顏料及其制備方法”的中國專利申請，公開了使用白色礦物粉體，如碳酸I丐、高嶺土、煅燒高嶺土和重晶石等為包核基體，晶體TiO2為包膜物，在濕法超細研磨體系中，通過粒-粒包覆改性方式，實現TiO2在包核基體表面的反應包覆和改性修飾，由此制備具有顏料二氧化鈦性質的白色礦物粉體-TiO2復合白色顏料的方法。但該方法由于存在結合力不強、粒-粒包覆是在二次團聚粒子上進行等質量問題，只能在部分行業的中低檔次產品中得到適度應用，且成本較高。[0007]日本日鐵礦業株式會社的申請號為01813600.1的中國專利申請，公開了采用碳酸化方法，制備了一種能呈現二氧化鈦固有特性如高度不透明性的二氧化鈦碳酸鈣復合粒子的方法，該方法是在碳酸化步驟添加具有平均粒徑0.1-0.5 μ m的二氧化鈦粒子，典型的是在攪拌下，在氫氧化鈣漿料中導入二氧化碳氣體和空氣的混合物，進行碳酸化反應，并繼續導入氣體混合物使反應進行到漿料的PH為7。最終獲得涉及含有組合其中的上述復合粒子地復合組合物，可應用于造紙用的涂料和顏料，以及復合材料例如紙、塑料成型材料和橡膠成型材料等。該方法利用現有碳酸鈣生產工藝流程，增加部分工序后即可實現工業化生產，只要復合顏料符合使用性能要求，應用前景十分看好，但該方法制備的復合鈦白粉的碳酸鈣與二氧化鈦的結合不夠牢固，遮蓋力不夠強，且耐候性不高。

【發明內容】

[0008]有鑒于此，本發明的第一目的是提供一種成本低廉、性能較好的復合鈦白粉，本發明的第二目的是提供一種制備復合鈦白粉的方法。
[0009]在第一方面，本發明提供了一種綠泥石基復合鈦白粉，所述復合鈦白粉是由在綠泥石表面包覆納米二氧化鈦顆粒及納米氧化鋁顆粒得到，所述復合鈦白粉由以下重量份數比的組分制成:綠泥石60-70份，二氧化鈦15-30份，氧化鋁I-5份，分散劑0.5-5份。
[0010]本發明中所述分散劑為六偏磷酸鈉、硅酸鈉、三乙醇胺、檸檬酸、油酸、油酸鈉中的至少一種。
[0011]優選地，本發明中所述綠泥石的亨特白度為80-95。
[0012]優選地，本發明中所述綠泥石為1250目或以上的粉體。
[0013]優選地，本發明中所述綠泥石的亨特白度為86-90。
[0014]本發明還提供了上述的綠泥石基復合鈦白粉的制備方法，包括如下步驟:
(1)沉積:將1250目或以上的綠泥石，加水配制成濃度為100-500g/L漿液，攪拌打漿并加入分散劑，然后加入沉淀劑I并繼續攪拌，加入pH調節劑，調節漿液pH值為1.0-
3.0，制成表面沉積納米級二氧化鈦的漿液；其中，所述沉淀劑I為硫酸鈦、四氯化鈦、硫酸氧鈦中的一種；之后再加入沉淀劑2并攪拌，加入調節劑，調節漿液pH值為4.0-9.0，制成表面沉積納米級氧化鋁的復合鈦白粉漿液；其中，所述沉淀劑2為硫酸鋁、鋁酸鈉中的一種；
(2)洗滌過濾:將沉積步驟得到的復合鈦白粉漿液進行洗滌與過濾，得到濾餅；
(3)煅燒:將洗滌過濾步驟得到的洗滌后的濾餅在500-850度下煅燒6-10小時，煅燒后進行粉碎，即得到綠泥石基復合鈦白粉。
[0015]在綠泥石基復合鈦白粉的制備方法中，所述pH調節劑為中強酸或強酸性物質和/或堿性物質。
[0016]優選地，上述綠泥石基復合鈦白粉的制備方法，包括如下步驟:
(1)漿化:將綠泥石加水攪拌，配制成濃度為100-500g/L漿液，加入分散劑，得到漿
液；
(2)濕法砂磨:將漿化得到的漿液轉入砂磨機中，進行濕法砂磨，制得1250目或以上的綠泥石；(3)沉積:將通過濕法砂磨制得的綠泥石，加入沉淀劑I并攪拌，加入pH調節劑，調節漿液PH值為1.0-3.0，制成表面沉積納米級二氧化鈦的漿液；其中，所述沉淀劑I為硫酸鈦、四氯化鈦、硫酸氧鈦中的一種；之后再加入沉淀劑2并攪拌，加入調節劑，調節漿液pH值為4.0-9.0，制成表面沉積納米級氧化鋁的復合鈦白粉漿液；其中，所述沉淀劑2為硫酸招、招酸納中的一種；
(4)洗滌過濾:將沉積步驟得到的復合鈦白粉漿液進行洗滌與過濾，得到濾餅；
(5)煅燒:將洗滌過濾步驟得到的濾餅在500-850度下煅燒6-10小時，煅燒后進行粉碎，即得到綠泥石基復合鈦白粉。
[0017]本發明提供的綠泥石基復合鈦白粉，具有如下優勢:
1、成本低、白度高；
2、分散性強，可作為高分散性白色顏料使用；
3、吸油值低；
4、水溶鹽值低。
【具體實施方式】
[0018]在這里專用的詞“示例性”意為“用作例子、實施例或說明性”。這里作為“示例性”所說明的任何實施例不必解釋為優于或好于其它實施例。
[0019]另外，為了更好的說明本發明，在下文的【具體實施方式】中給出了眾多的具體細節。本領域技術人員應當理解，沒有這些具體細節，本發明同樣可以實施。在另外一些實例中，對于大家熟知的方法、手段和材料未作詳細描述，以便于凸顯本發明的主旨。
[0020]實施例1
稱取粒度為1250目、亨特白度為86的綠泥石60g，加水600g，配制成100g/L漿液，同時加入質量分數為20%的六偏磷酸鈉溶液15g，并攪拌。保持攪拌狀態，加入100g/L硫酸鈦溶液210ml，調節漿液pH值為1.0,制成表面沉積納米級二氧化鈦的漿液。加入100g/L硫酸鋁溶液50ml，調節漿液pH值為4.5，制成表面沉積納米氧化鋁的復合鈦白粉漿液。
[0021]將沉積得到的復合鈦白粉漿液在50°C條件下用去離子水進行打漿洗滌，過濾后得到濾餅；
將洗滌過濾后得到的濾餅在700度下煅燒6小時，煅燒后進行粉碎，即得到綠泥石基復合欽白粉。
[0022]實施例2
稱取粒度為2000目、亨特白度為89的綠泥石70g，加水350g，配制成200g/L漿液，同時加入質量分數為20%的硅酸鈉溶液1.75g，并攪拌。保持攪拌狀態，加入200g/L四氯化鈦溶液68ml，調節漿液pH值為2.0,制成表面沉積納米級二氧化鈦的漿液。加入100g/L硫酸鋁溶液20ml，調節漿液pH值為4.0，制成表面沉積納米氧化鋁的復合鈦白粉漿液。
[0023]將沉積得到的復合鈦白粉漿液在50°C條件下用去離子水進行打漿洗滌，過濾后得到濾餅；
將洗滌過濾后得到的濾餅在800度下煅燒8小時，煅燒后進行粉碎，即得到綠泥石基復合欽白粉。
[0024]實施例3稱取粒度為1500目、亨特白度為87的綠泥石65g，加水130g，配制成500g/L漿液，同時加入質量分數為20%的六偏磷酸鈉溶液6.5g，并攪拌。保持攪拌狀態，加入100g/L硫酸氧鈦溶液220ml，調節漿液pH值為3.0,制成表面沉積納米級二氧化鈦的漿液。加入IOOg/L鋁酸鈉溶液50ml，調節漿液pH值為8.5，制成表面沉積納米氧化鋁的復合鈦白粉漿液。
[0025]將沉積得到的復合鈦白粉漿液在50°C條件下用去離子水進行打漿洗滌，過濾后得到濾餅；
將洗滌過濾后得到的濾餅在700度下煅燒10小時，煅燒后進行粉碎，即得到綠泥石基復合鈦白粉。
[0026]實施例4
稱取粒度為1500目、亨特白度為88的綠泥石70g，加水200g，配制成350g/L漿液，同時加入質量分數為20%的三乙醇胺溶液35g，并攪拌。保持攪拌狀態，加入100g/L硫酸氧鈦溶液140ml，調節漿液pH值為3.0,制成表面沉積納米級二氧化鈦的漿液。加入100g/L鋁酸鈉溶液20ml，調節漿液pH值為9.0，制成表面沉積納米氧化鋁的復合鈦白粉漿液。
[0027]將沉積得到的復合鈦白粉漿液在50°C條件下用去離子水進行打漿洗滌，過濾后得到濾餅；
將洗滌過濾后得到的濾餅在600度下煅燒10小時，煅燒后進行粉碎，即得到綠泥石基復合鈦白粉。
[0028]實施例5
將亨特白度為87的綠泥石40g，加水200g，配制成200g/L漿液，同時加入質量份數為20的六偏磷酸鈉溶液2g，并攪拌，得到漿液；
將漿化得到的漿液轉入砂磨機中，進行濕法砂磨，制得1250目的綠泥石漿液；
保持攪拌狀態，加入100g/L硫酸氧鈦溶液100ml，調節漿液pH值為2.0，制成表面沉積納米級二氧化鈦的漿液。加入100g/L鋁酸鈉溶液10ml，調節漿液pH值為8.0,制成表面沉積納米氧化鋁的復合鈦白粉漿液。
[0029]將沉積得到的復合鈦白粉漿液在50°C條件下用去離子水進行打漿洗滌，過濾后得到濾餅；
將洗滌過濾后得到的濾餅在800度下煅燒8小時，煅燒后進行粉碎，即得到綠泥石基復合欽白粉。
[0030]關于pH調節劑，根據漿液的pH來選擇，可以為中強酸或強酸性物質和/或堿性物質，可以為硫酸、鹽酸、草酸、強堿等。
[0031]對比例I
市售鈦白粉(國內某硫酸法鈦白粉生產廠家產品)
對比例2 市售復合鈦白粉。
[0032]表I本發明的復合鈦白粉與普通市售鈦白粉及市售復合鈦白粉的性能指標對比
【權利要求】
1.一種綠泥石基復合鈦白粉，其特征在于，所述復合鈦白粉通過在綠泥石表面包覆納米二氧化鈦顆粒及納米氧化鋁顆粒得到，并由以下重量份數比的組分制成:綠泥石60~70份，二氧化鈦15~30份，氧化鋁I~5份，分散劑0.5~5份。
2.根據權利要求1所述的一種綠泥石基復合鈦白粉，其特征在于，所述分散劑為六偏磷酸鈉、硅酸鈉、三乙醇胺、檸檬酸、油酸、油酸鈉中的一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的一種綠泥石基復合鈦白粉，其特征在于，所述綠泥石為1250目或以上的粉體。
4.根據權利要求3所述的一種綠泥石基復合鈦白粉，其特征在于，所述綠泥石的亨特白度為80~95。
5.根據權利要求3或4所述的一種綠泥石基復合鈦白粉，其特征在于，所述綠泥石的亨特白度為86~90。
6.一種制備如權利要求1~5任一項所述的綠泥石基復合鈦白粉的方法,其特征在于，包括如下步驟: (1)沉積:將1250目或以上的綠泥石，加水配制成濃度為100~500g/L漿液，攪拌打漿并加入分散劑，然后加入沉淀劑I并繼續攪拌，加入pH調節劑，調節漿液pH值為1.0~3.0，制成表面沉積納米級二氧化鈦的漿液；其中，所述沉淀劑I為硫酸鈦、四氯化鈦、硫酸氧鈦中的一種；之后加入沉淀劑2并繼續攪拌；再加入pH調節劑，調節漿液pH值為4.0~9.0，制成表面沉積納米級氧化鋁的復合鈦白粉漿液；其中，所述沉淀劑2為硫酸鋁、鋁酸鈉中的一種； (2)洗滌過濾:將沉積步驟得到的復合鈦白粉漿液進行洗滌與過濾，得到濾餅； (3)煅燒:將洗滌過濾步驟得到的濾餅在500~850度下煅燒6~10小時，煅燒后進行粉碎，即得到綠泥石基復合鈦白粉。
7.根據權利要求6所述的綠泥石基復合鈦白粉的制備方法，其特征在于，所述pH調節劑為中強酸或強酸性物質和/或堿性物質。
8.根據權利要求6或7所述的綠泥石基復合鈦白粉的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)漿化:將綠泥石加水攪拌，配制成濃度為100~500g/L漿液，加入分散劑，得到漿液； (2)濕法砂磨:將步驟(I)得到的漿液轉入砂磨機中，進行濕法砂磨，制得1250目或以上的綠泥石； (3)沉積:將濕法砂磨制得的綠泥石，加入沉淀劑I并攪拌，加入PH調節劑，調節漿液pH值為1.0~3.0，制成表面沉積納米級二氧化鈦的漿液，其中，所述沉淀劑I為硫酸鈦、四氯化鈦、硫酸氧鈦中的一種；之后再加入沉淀劑2并攪拌，加入調節劑，調節漿液pH值為`4.0~9.0，制成表面沉積納米級氧化鋁的復合鈦白粉漿液，其中，所述沉淀劑2為硫酸鋁、招Ife納中的一種； (4)洗滌過濾:將沉積得到的復合鈦白粉漿液進行洗滌與過濾，得到濾餅； (5)煅燒:將洗滌過濾得到的濾餅在600~850度下煅燒6~10小時，煅燒后進行粉碎，即得到綠泥石基復合鈦白粉。
【文檔編號】C09C1/40GK103450713SQ201310367914
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月22日 優先權日:2013年8月22日
【發明者】曹國軍, 齊濤 申請人:丹東億龍高科技材料有限公司, 中國科學院過程工程研究所