[发明专利]制备非颜料二氧化钛粉末的方法

说明书

本发明涉及一种制备适用于生产玻璃和陶瓷制品的自由流动粉的方法，更具体一些说，本发明涉及一种制备自由流动的二氧化钛粉末的方法，这种粉末由颗粒度大于颜料二氧化钛的粒状聚集体组成，它可以十分容易地分散于玻璃和陶瓷熔体中。

非颜料二氧化钛被用于生产具有广泛用途的各种玻璃和陶瓷制品，例如，它可以用于制造在生产玻化搪瓷和釉料型涂层时使用的玻璃熔块，此外还用于制造在导弹天线罩和微波发射机中使用的玻璃陶瓷。在上述前一种应用中，它起到了遮光剂的作用并提高了涂层的耐酸性;在上述后一种应用中，它起到成核剂的作用，促进玻璃的主晶相成核和生长。使用二氧化钛还可以影响各种玻璃和陶瓷组合物的其它性能，这些性能包括热膨胀、化学耐久性、折射率等等。

一般认为，目前在玻璃和陶瓷工业中使用的市售非颜料二氧化钛是采用人们所熟知的硫酸盐法生产的。这种看法是基于下面的事实，即通过在硫酸盐法中使用的结晶或煅烧工艺步骤或者是这二种工艺步骤的操作，可以十分便利地制造出非颜料二氧化钛。这一看法得到美国专利NO.3434853（1969年3月25日颁布）的支持。根据这个专利，非颜料二氧化钛可以用下述方法来制备：在800℃-1000℃的温度下煅烧钛的水合物，形成集结的二氧化钛颗粒的不规则球体，然后将这些球再细分成小粒，其中所述钛的水合物是在低温下使低钛浓度的硫酸钛溶液水解而制成的。据说，这些小粒在掺入到熔融的玻璃配合料组合物中时是自由流动的并能迅速熔化、彻底分散。

与此相反，颜料二氧化钛是采用另一种用来生产二氧化钛的重要工业方法-氯化物法来生产的，它通常不适合在玻璃和陶瓷制造中使用。一般地说，颜料二氧化钛很细小，其堆积密度非常低，因此往往浮到玻璃熔体的表面上，结果，由于在玻璃制造时用的容器中产生的热空气对流，很容易将其从容器中带出去而损失掉。颗粒细小的颜料二氧化钛还常常在熔融的玻璃配合料中形成烧结块，这些烧结块不能适当地熔化而沉积到容器的底部，在玻璃熔体中形成烧结物。

本发明涉及一种制备自由流动粉的方法，所述自由流动粉由非颜料二氧化钛粒状聚集体组成，用于制造玻璃和陶瓷。

本发明的方法包括一系列工艺步骤。其中，第一步骤包括，提供絮凝状颜料二氧化钛的固体预成型料，所述预成形料的自由水分含量为预成型料总重量的约25%至约50%;在这一方法的第二步骤中，将上述固体预成型料在高温下干燥，使其自由水份含量降低到大约5%（重量）以下;最后，将经过干燥的预成型料磨碎，使其颗粒尺寸减小，得到非颜料二氧化钛粒状聚集体的自由流动粉。这种自由流动粉的特征是，其堆积密度在约0.5-约3.5g./cc.范围内。它由非养料二氧化钛粒状聚集体组成，这些粒状聚集体中大部分的颗粒度在大约150微米（最下限颗粒度）至1700微米（最上限颗粒度）的范围内。

在本发明的一个实施方案中，可以使该自由流动粉的颗粒尺寸增大，颗粒度的上限仍为1700微米左右，不过，由于颗粒尺寸小于约150微米的那些粒状聚集体的附聚作用，使得粒状聚集体的粒子大小分布变窄。

现已出人意料地发现了一种方法，可以十分便利和经济地将颜料二氧化钛转变成非颜料二氧化钛粒状聚集体的自由流动粉。概括地说，本发明包括：提供颜料二氧化钛的紧实固体预成型料;对该预成型料进行干燥、降低其自由水分含量;然后，将经过干燥的预成型料磨碎，得到非颜料二氧化钛粒状聚集体的自由流动粉。

本发明特别适合用于由所谓“氯化物法”生产的颜料二氧化钛的转变。简单地说，氯化物法包括，使含钛的矿石氯化，生成四氯化钛，然后在蒸汽相中将四氯化钛氧化，得到热的、固-气反应混合物。通常，这种热、固-气反应混合物包括粒状的颜料二氧化钛，它悬浮于末反应的四氯化钛、氯、氧和氢的气体混合物中。这种热的固-气反应流还可以含有惰性的耐火材料，例如石英砂，其颗粒度大于要生产的颜料二氧化钛的粒子尺寸，通常，将这惰性耐火材料加到进行气相氧化反应的反应容器中，是为了防止粒状颜料二氧化钛沉积在反应容器的内表面上或者使这种沉积减少到最低程度。

热的固-气反应混合物离开反应器后，使之迅速冷却以防止粒状颜料二氧化钛产物进一步生长，然后，将这一反应产物分离成它的固体粒子和气体组成部分。通常，进行这种分离最常用的装置是旋风分离器和袋滤器，不过也可以使用其它各种装置。为了提高氯化物法的经济性，通常将末反应的四氯化钛和氯化物回收，在该工艺过程中循环使用。