[发明专利]一种喷雾水解制备钛白的方法

说明书

技术领域

本发明涉及钛白的生产工艺，特别是一种采用喷雾形成的雾化液滴水解制备钛白的方法。

背景技术

目前，国内99％以上的钛白生产厂家都采用硫酸法钛白生产工艺进行生产。这些企业中100％全部采用间歇式水解，在常压下一定量的热浓钛液以一定速度加入热底水中的水解方法。采用该方式水解有如下3个难题待解决：一是批次间质量不稳定，每批水解的量受水解锅容积的限制。为了减少质量波动，只有增加水解锅的容积。而目前国内最大的水解锅体积只有130m³，每次只能水解18t TiO₂，但仍然不能彻底解决批次间质量不稳定的问题；二是操作自动化程度小、复杂难控制，表现在水解偏钛酸的质量受钛液的浓度、晶种质量和数量、加料速率、稀释水温度、稀释水加入方式等因素影响较大，使操作非常复杂，难以控制；三是水解废酸、废水量大，平均吨钛白生产的20％废酸量为7吨，含酸废水(H₂SO₄含量约为15g/l(2％)为100t，中和处理这些废酸和废水产生的二次污染严重。致使硫酸法钛白被国家列为重污染行业而限制发展。

为了解决硫酸法钛白生产中出现的问题，目前国内外出现了喷雾水解的报道，但主要集中在超微粉体和薄膜制备的研制上，将喷雾水解大规模应用于制备钛白的研究还很少。

如WO01/00530 A1公开了一种盐酸法制备钛白的新工艺，该工艺用盐酸酸解钛铁矿或含钛原料得到一种含钛的溶液，该溶液经喷雾水解得到水合二氧化钛(偏钛酸)。但该工艺喷雾水解是在盐酸介质中进行的，与本发明的硫酸介质体系性质相差很大。

又如US 5833892提供了一种喷雾煅烧制备颜料钛白的新工艺，该专利采用的是先水解后喷雾的工艺方法，即先水解成偏钛酸，然后再进行喷雾煅烧而得到钛白产品的工艺方法。

中国专利00111403.4公开了一种采用喷雾水解方法制备高纯超细钛酸盐的方法。但该方法是为满足高档电子陶瓷产品的制瓷要求的。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上已有技术的不足，以及硫酸法钛白液相水解工艺的间歇操作，使批次间质量波动大，微观组分不均匀、酸解废酸废水量大等缺点，提供一种喷雾水解制备钛白的方法，该方法的特点是可以连续作业、流程短、污染小、产品质量稳定。

本发明的构思原理是这样的：喷雾水解是将前驱体溶液连续不断地雾化为几微米到几十微米的液滴，液滴被载气带入反应器后，经干燥、水解、沉淀、热分解等物理和化学变化后，形成钛白产品的连续作业过程。喷雾水解最显著的特点就是采用液相物料前驱体通过气溶胶过程得到最终产物，所以兼具了气相法和液相法的诸多优点，产品质量较单一的液相法好，如TiCl₄氧化生产钛白就是纯粹的气相法，因为在TiCl₄氧化生成TiO₂以前已经完全气化生成气体，而本发明在硫酸氧钛水解前仍是液态。

将纯度高的前驱体硫酸氧钛溶液，雾化成0.2-50μm的细小液滴，随后液滴被载气引入高温反应器中，在水解晶种的水解诱导和高温强制水解作用下，使硫酸氧钛溶液迅速水解生成偏钛酸和硫酸，偏钛酸经高温脱水、脱硫、晶体长大等物理化学过程后形成钛白。硫酸热分解生成SO₃和水进入煅烧尾气，经多级精馏后将H₂SO₄(精馏过程中要用水或废酸回流吸收SO₃，吸收后即为H₂SO₄)和水分离，形成高浓度硫酸和液态水，高浓度硫酸返回钛原料酸解循环利用。由于其工艺过程连续不间断，产品的质量得到保证，又缩短了流程。同时，在生产过程中所产生的硫酸和废水经煅烧和精馏后回收循环利用，也保护了环境。

本发明目的通过以下技术方案来实现：喷雾水解制备钛白的方法主要包括：制备高纯度的硫酸氧钛溶液，对溶液进行喷雾水解及煅烧，空气冷却后经雷蒙、气粉、后处理即得钛白产品，并回收废酸和废水，其制备步骤如下：