[发明专利]一种TiO2/粉石英复合粉体材料的制备方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及到一种TiO₂/粉石英复合粉体材料的制备方法，属于非金属矿物加工领域和环境友好材料领域。

背景技术

钛白粉(颜料级二氧化钛)作为迄今为止人们所制造的最佳无机白色颜料，在众多领域大量应用。近年来，随着我国建筑及涂料产业和各种材料的迅猛发展，各型钛白粉的需求量与日俱增，而钛白粉生产过程中存在严重的废水、废气、废渣等环境污染问题却一直难以解决，且钛白粉等钛产品的消费导致钛资源日趋短缺。这些因素都导致钛白粉生产成本增加，价格上扬。上述问题使钛白粉消费产业成本逐渐增加，行业发展因此受到制约。

由于目前还没有开发出综合性能优于钛白粉的无机颜料品种，制备与钛白性能相似且成本低廉的TiO₂/白色矿物复合粉体颜料是解决钛白粉生产和消费中存在问题的有效途径之一。通过无机表面包覆改性方式，在白色非金属矿物颗粒表面包覆TiO₂层而形成具有二氧化钛颜料性质的复合白色颜料一直受到国内外的关注，并形成了主要以无机沉淀反应-热处理晶化法和干式条件粒-粒包覆改性法两种制备复合颜料的技术方法。

无机沉淀反应-热处理晶化方法的具体特征为：将作为基体的非金属矿物颗粒置于钛盐(主要是硫酸氧钛)的水解体系里，引发钛盐水解，生成水合二氧化钛(TiO₂·H₂O)覆盖在矿物颗粒表面，再经热处理使复合物表面的TiO₂·H₂O生成结晶型TiO₂包膜物。这一方法存在的问题主要有：矿物质包核基体的诱导作用导致水合二氧化钛沉淀物难以通过后续晶化生成金红石型二氧化钛；受水解过程钛盐浓度和固含量的制约，包覆TiO₂量和均匀程度受到限制，产品的颜料性能一般达不到要求；钛盐水解和铁离子等杂质的去除产生大量酸性废水，污染环境。

干式条件粒-粒包覆改性法是将TiO₂和非金属矿物置于具有干式冲击作用的机械搅拌体系中，通过机械分散、冲击剪切等作用实现细颗粒TiO₂在较粗的非金属矿物颗粒表面的包覆。采用该方法，因包核基体与TiO₂的分散程度较差，基体与钛白之间缺少产生牢固作用的激发外力和键合基团致使复合物颜料性能差且不稳定。国内有学者以碳酸钙、绢云母等天然矿物为核制备了TiO₂/CaCO₃复合白色颜料、TiO₂/绢云母白色颜料和TiO₂/水镁石复合白色颜料。但是由于这些白色矿物均不耐酸，在略有酸性的应用体系中，这些材料的应用都受到限制。

粉石英是一种经天然风化形成的、以石英为主要矿物成分的天然矿物集合体。其储量丰富，呈细分散状态存在，容易开采和加工。具有优异的电绝缘性、化学惰性和良好的耐酸腐蚀性，且白度可达90以上。因此，其作为钛白粉的包核物使用时可以兼具色白、粒细、耐酸碱性和耐磨等优点。粉石英的提纯技术限制了其在电子、信息材料等领域应用，粉石英产品的市场附加值一直较低。本发明利用了粉石英的白度和耐酸碱性以及耐磨性，可以为粉石英资源的综合利用提供新的途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种TiO₂/粉石英复合粉体材料的制备方法。它是一种在粉石英颗粒表面牢固包覆结晶TiO₂颗粒、并因表面层TiO₂性质及TiO₂与粉石英性能的综合作用而具有颜料二氧化钛性质且成本低廉的复合白色颜料；同时，由于粉石英本身的耐酸碱性能和耐磨性，TiO₂/粉石英复合材料可以在强酸性环境、强碱性环境和耐磨要求高的产品中使用。

本发明通过以下措施实现了TiO₂/粉石英复合材料中结晶TiO₂颗粒在粉石英颗粒表面牢固而均匀的包覆：

(1)采用湿法超细研磨方法将粉石英颗粒和TiO₂颗粒分别细化至两者相匹配的粒度范围，即粉石英颗粒粒径∶TiO₂颗粒粒径约为5-10∶1，同时利用适量的分散剂提高二氧化钛颗粒的分散性；

(2)通过湿法超细研磨使粉石英颗粒产生机械力化学表面活化效应，增加粉石英颗粒表面羟基密度和各类缺陷，从而促进其与TiO₂之间的反应结合；