[发明专利]一种硫酸法生产电子级专用钛白粉中的水解方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硫酸法生产电子级专用钛白粉中的水解方法，属于化工领域。

背景技术

电子级专用钛白粉(高纯二氧化钛)是新型电子元器件用主晶相原料之一，广泛用于PTC热敏电阻、MLCC、半导体电容、半导体陶瓷及压电陶瓷等领域。作为制造此类电子材料主要原料之一的高纯二氧化钛属于电子化学品，它不仅具有化学特性，即纯度与杂质方面的要求，还有物理特性和实用性试验两方面的要求。高纯二氧化钛的化学特性是指其纯度和杂质元素含量；而物理特性主要包括其粒子形貌、粒度大小、粒径分布以及晶系和晶体结构。其物理特性指标中的粒度大小及粒径分布将直接影响能否使其电子元器件成型。

生产高纯二氧化钛的方法有硫酸法、TiCl₄直接水解法、氯化法、气相氧化法、钛醇盐水解法等。在我国应用于工业生产的方法主要是硫酸法和TiCl₄直接水解法。

采用硫酸法制备钛高纯钛白粉，决定钛白产品质量的主要因素是水解工艺，水解是水合二氧化钛的制造过程，即钛液的水解与沉析，一般采用自生品种常压热水解工艺或外加品种常压热水解工艺。在水解的过程中，其水解品种的数量、质量，升温过程，以及对水解临界点的判断，是决定水合二氧化钛粒子形貌、粒度及其分布的关键因素。已有报道如下：

《钛白粉的生产与环境治理》(北京：化学工业出版社，2000，p128-137)中提到在钛液水解过程中，水解品种的数量和质量、钛液浓度以及钛液的铁钛比(Fe/TiO₂)对水解偏钛酸的粒度及分布起到决定性作用。朱盈权，胡琦，郑学芳等人在《我国热敏电阻用高纯TiO₂生产现状》(电子元件与材料，第19卷，p37-39)一文中，总结了我国PTC热敏电阻用高纯TiO₂的生产能力、生产方法、技术标准、质量水平及市场状况，但并没有论述生产粒度适宜、粒径分布较窄的高纯TiO₂方法。韩海霞的《高纯二氧化钛生产工艺研究》(河北化工，p59-60)和袁伟，廖海达，赵增迎等人的《高纯二氧化钛的制备》(北京化工大学学报，第26卷，p79-80)，这两篇文章中分别阐述了改变不同的工艺条件，通过TiCl₄直接水解法制备高纯二氧化钛。

在此应用背景下，本发明的发明人欲通过改进硫酸法中的水解工艺达到生产电子用专用钛白产品(高纯二氧化钛)的目的，但是通过对钛液浓度、升温过程、钛液的铁钛比(Fe/TiO₂)考察后发现并不能将钛白粉的平均粒径控制在800～1200nm，半峰宽也很大，无法达到电子级专用钛白粉的要求。

发明内容

本发明所解决的技术问题是：采用硫酸法制备粒度分布窄、杂质含量低的电子级专用钛白粉。

本发明为解决技术问题所提供的技术方案是：对硫酸法中的水解方法进行改进。改进后的水解方法为：

A、向预热至80～95℃后的水中，加入预热至75～95℃、浓度为140～190g/L(以TiO₂计)的钛液；

其中，钛液加入时间为12～20min；水与钛液的体积比为：水1份、钛液3～5份；

B、加入钛液后加热体系至沸腾后，保持体系微沸；

其中，加入钛液后以0.6～1.5℃/min的升温速率升温体系至沸腾；

C、当水解体系变为钢灰色时，继续保持微沸5～25min后停止加热和搅拌，熟化；

其中，熟化的时间为20～50min；

D、熟化后在搅拌状态下加热体系至沸腾，保持体系微沸至水解结束。

其中，熟化后在搅拌状态下以1～2.5℃/min的升温速率升温体系至沸腾；当保持体系微沸2.5～3.5h后，水解结束。

上述水解工艺的关键点在于：1、在当水解体系变为钢灰色后，继续保持微沸5～25min后再进行熟化，即延迟熟化时间。2、控制钛液浓度。3、控制步骤C和E的升温速率。

硫酸法制备颜料级钛白粉的典型工艺流程为：酸解→沉降→浓缩→水解→酸洗→漂白→水洗→盐处理→煅烧。发明人不仅对硫酸法的水解工艺做了改进，还去除了浓缩、盐处理等步骤。即本发明采用硫酸法制备电子级专用钛白粉的工艺流程为：酸解→沉降→水解→酸洗→漂白→水洗→煅烧。