專利名稱：二氧化鈦擦洗介質(zhì)及其制備方法
背景技術：
1.發(fā)明領域本發(fā)明涉及二氧化鈦擦洗介質(zhì)?？偟恼f來本發(fā)明涉及基本上是圓形和球形的燒結(jié)二氧化鈦團粒，以及用于包括造粒二氧化鈦粉末和燒結(jié)生團粒以形成擦洗介質(zhì)的方法。
2.相關領域描述通過氣相氧化四氯化鈦生產(chǎn)二氧化鈦已經(jīng)成為二氧化鈦顏料生產(chǎn)過程中常見的方法。在此過程中，四氯化鈦蒸汽與氧氣或空氣或者兩者在氧化反應器中高溫下反應。得到的排出反應器的氧化產(chǎn)物流含有以良好的分散形式懸浮在氣體組分中的二氧化鈦。新鮮形成的二氧化鈦顆粒一開始是非?；顫姷模黄痖L大以形成尺寸小于0.15mm的小團聚體。一些這些小的團聚體更加長大并部分燒結(jié)形成更大的、硬的、尺寸大于0.15mm的外形不良的團聚體。這些更大的團聚體傾向于形成層狀并且沉積在氧化反應器的熱反應區(qū)的表面。氧化反應器的繼續(xù)使用和通過其的熱反應產(chǎn)物一直使這個層再生。這個層不僅隨著反應器的繼續(xù)使用再生，并且還會有小片脫落，并且隨反應混合物被帶走。這些大團粒不適用于顏料生產(chǎn)并且會污染反應混合物。人們試著采用不同的過程來減少這些有害團粒的產(chǎn)生，但還沒有完全成功的。
為了避免形成該二氧化鈦團粒的層，在合適的位置向反應混合物加入含有化學惰性擦洗固體的擦洗介質(zhì)。大量物質(zhì)被用作擦洗介質(zhì)，包括氧化鋁、硅酸鋯和石英砂。最常用的擦洗介質(zhì)之一是石英砂?？墒牵谘趸磻髦惺褂檬⑸熬哂幸恍┤秉c。
石英砂的形狀在一定程度上是有角的。這種有角的形狀對于擦洗反應器壁是有效的，但是也嚴重的磨損反應器的內(nèi)壁。最終，石英砂在反應器上磨出洞來，需要修補或某些情況下需要替換。這個替換的時間可能是幾周，這樣就嚴重的妨礙了生產(chǎn)。并且，這些石英砂顆粒很容易被壓碎。被壓碎的石英砂污染反應器混合物并且必須從混合物中除去。因此，需要足夠強硬和致密的擦洗介質(zhì)來有效擦洗二氧化鈦反應器的器壁，但其又是圓的和球形的，摩擦更少以減少或消除反應器的磨損。而且還需要尺寸合適的擦洗介質(zhì)來提供充分分離和再生，并且減少污染反應器混合物的可能。
針對使用通常已知的擦洗介質(zhì)的缺點，已經(jīng)采用二氧化鈦作為擦洗介質(zhì)。但是，以前生產(chǎn)的用作擦洗介質(zhì)的二氧化鈦還沒有消除與其它擦洗介質(zhì)相關的所有問題。在美國專利No.4784841中描述了通過氣相氧化四氯化鈦生產(chǎn)二氧化鈦擦洗顆粒。最初形成的大于0.15mm的顆粒聚集體被分離，與堿性氫氧化物混合，焙燒，返回該過程。該工藝生產(chǎn)尺寸在0.2-2.0mm之間的顆粒團聚體，用作防止在熱交換器上形成沉積的擦洗聚集體。該工藝不能控制形成的團聚體的尺寸和形狀，從而不能減少對反應器壁可能造成的損害，并且不能使分離和再生/再利用的效率最大化。
在美國專利No.2721626描述的過程中，尺寸在0.15和6.35mm的粗擦洗固體與熱的反應混合物混合，并且冷卻后從反應產(chǎn)物中分離，再次被用作擦洗固體。用干法從良好團?；亩趸佒蟹蛛x粗擦洗二氧化鈦是效率不高的。因而，在最終產(chǎn)物中總有一定百分比的層狀擦洗固體，從而降低了該工藝總的效率。
發(fā)明簡述本發(fā)明的主要對象是通過可以控制尺寸、強度、密度和形狀的工藝生產(chǎn)基本上為圓形和球形的二氧化鈦擦洗介質(zhì)，并且通過該工藝生產(chǎn)的擦洗介質(zhì)可以減少或消除在二氧化鈦顏料生產(chǎn)過程中反應器的磨損和反應器混合物的污染。
根據(jù)本發(fā)明，生產(chǎn)被用作擦洗介質(zhì)的基本上是圓形和球形的主要包括二氧化鈦的團粒。這些團粒最初通過向在高密度混合器中的二氧化鈦粉末加入足量水形成。該高密度混合器制造基本上是圓形和球形的生團粒，隨后燒結(jié)以形成最終產(chǎn)物。
發(fā)明詳述本發(fā)明的方法生產(chǎn)二氧化鈦擦洗介質(zhì)，其中控制二氧化鈦團粒的尺寸和形狀以生產(chǎn)基本上為圓形和球形的燒結(jié)顆粒。通過燒結(jié)過程控制密度和強度，并可根據(jù)需要調(diào)整。根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的二氧化鈦團粒的形狀基本上為圓形和球形，并且減少或消除了二氧化鈦顏料生產(chǎn)過程中反應器磨損，以及反應器混合物的污染的問題。出于本發(fā)明的目的，如果團粒在Krumbein/Sloss圓度和球度表上量出為0.8或更大，就基本為圓形和球形。
根據(jù)本發(fā)明，主要包括二氧化鈦的基本上為圓形和球形的團粒被生產(chǎn)用作擦洗介質(zhì)。該團粒通過在高密度混合器中混合足量水與足量二氧化鈦粉末生產(chǎn)。二氧化鈦粉末可從眾多生產(chǎn)廠商通過商業(yè)途徑獲得。
優(yōu)選混合物包括少量粘合劑，以在造粒過程中幫助團粒聚集在一起。所述粘合劑可在造粒前的任意階段加入，但優(yōu)選在擦洗階段加入以確保與二氧化鈦粉末形成精細混合。優(yōu)選的粘合劑性質(zhì)是允許粘合劑在燒結(jié)過程中可以被燒掉的有機物，如PVA或淀粉。淀粉是特別優(yōu)選的粘合劑，并且添加的量是基于干重的0.5％。
優(yōu)選地，二氧化鈦粉末包含至少約90％二氧化鈦，更優(yōu)選至少約95％二氧化鈦，最優(yōu)選至少約98％二氧化鈦。顯然，所用水的量取決于所用二氧化鈦的量，并且隨著混合器和最大容量的尺寸而變化。作為例子，加入250磅的二氧化鈦粉末通常需要7.0加侖水來形成生團粒。
優(yōu)選地，在帶有旋轉(zhuǎn)臺的高密度混合器，如Eirich或Lancaster混合器中混合二氧化鈦粉末水混合物，該旋轉(zhuǎn)臺由旋轉(zhuǎn)沖擊推進器帶動。在混合器中過了足夠長的時間后，形成球形生團粒。典型地，這些團粒形成之后就被干燥，為篩分提供足夠的生強度。通常，干燥溫度范圍是150℃至250℃，優(yōu)選溫度為大約200℃。干燥的團粒被篩分以除去過小和過大的團粒。具有所需尺寸的干燥團粒優(yōu)選約-8/+25目，被送入轉(zhuǎn)爐中燒結(jié)，溫度范圍約550℃至約1050℃，優(yōu)選約850℃或至密度約為1.63g/cc。燒結(jié)的團粒被篩分至所需的尺寸約-10/+30目。用于制造二氧化鈦團粒的造粒工藝與美國專利No.4427068描述的Fitzgibbon的制造陶瓷支撐劑的工藝非常相似，在本文中引入作參考。
得到的二氧化鈦團粒具有基本為圓形和球形的形狀，和約1.38g/cc至約2.46g/cc的堆積密度，并且由美國石油研究所對支撐劑的破碎實驗測定，在4000p.s.i的壓力下出現(xiàn)低于40％的破碎。形成的團粒的強度、密度、尺寸和形狀有助于解決現(xiàn)有技術中存在的在二氧化鈦顏料生產(chǎn)過程中有關反應器磨損和反應器混合物污染的問題。
隨著燒結(jié)溫度接近550℃，在擦洗過程中更多團粒會破碎，導致更高的擦洗介質(zhì)消耗。團粒的燒結(jié)溫度越低，則管壁磨損越小，犧牲的是擦洗效率。當燒結(jié)溫度接近1050℃，更硬更致密的團粒增強了擦洗效率，但是犧牲了反應器管壁磨損。
在擦洗反應器管過程中，二氧化鈦擦洗介質(zhì)通過管壁施加的團粒間的摩擦逐漸磨損。一些擦洗介質(zhì)可以足夠良好的通過系統(tǒng)，并包含在適于銷售的二氧化鈦產(chǎn)品中。一些磨損的材料足夠粗糙，可以回收用作擦洗介質(zhì)。但是，一些材料用于銷售過于粗糙，用作擦洗介質(zhì)又過于良好。所述產(chǎn)品一個重要的優(yōu)點是這種中間大小的材料可以被再加工成圓形和球形擦洗介質(zhì)，從而消除浪費和處理的問題。再加工可通過擦洗磨損的二氧化鈦成細粉，優(yōu)選至約80％-44微米的顆粒大小，然后按照與新鮮二氧化鈦相同的方法重新造粒。擦洗二氧化鈦可單獨再加工或者與新鮮二氧化鈦粉末混合。
對本領域技術人員而言，很明顯在此描述的本發(fā)明的精華可被復制，而在材料組分或生產(chǎn)方法上有小的改動。在所述材料或方法基本一樣的范圍內(nèi)，它們都包含在以下權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.包含燒結(jié)二氧化鈦團粒的二氧化鈦擦洗介質(zhì)，其具有基本為圓形和球形的形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的產(chǎn)品，其中團粒在約550℃至約1050℃燒結(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的產(chǎn)品，其中生團粒被篩分至具有約-8/+25目的尺寸范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的產(chǎn)品，其中燒結(jié)的團粒被篩分至具有約-10/+30目的尺寸范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的產(chǎn)品，其中團粒具有約1.38g/cc至約2.46g/cc的堆積密度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的產(chǎn)品，其中團粒在4000psi出現(xiàn)少于約40％的破碎。
7.用于制造基本為圓形和球形二氧化鈦擦洗介質(zhì)的方法，包括(a)在高密度混合器中混合水和二氧化鈦粉末形成生團粒；(b)干燥二氧化鈦生團粒；并且(c)燒結(jié)干燥的二氧化鈦團粒。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，進一步包括向水和二氧化鈦混合物加入粘結(jié)劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中團粒在約150℃至約250℃的溫度范圍內(nèi)干燥。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中團粒在約550℃至約1050℃燒結(jié)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，進一步包括在燒結(jié)前篩分生團粒。
12.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，進一步包括篩分燒結(jié)的團粒。
全文摘要
本發(fā)明涉及圓形及球形二氧化鈦擦洗介質(zhì)及制備該介質(zhì)的方法。該擦洗介質(zhì)對于除去二氧化鈦反應器壁上的二氧化鈦聚集物有效。該方法包括在高密度混合器中通過混合商業(yè)二氧化鈦粉末和水形成生二氧化鈦團粒。該高密度混合器生產(chǎn)基本上是圓形和球形的生團粒，這些團粒然后被定型，并在窯中燒結(jié)以形成適于用作擦洗介質(zhì)的圓形和球形二氧化鈦燒結(jié)團粒。所述高密度混合器允許操作員在生產(chǎn)基本是圓形和球形生團粒的成型過程中緊密控制團粒的尺寸和形狀。由于燒結(jié)的二氧化鈦團粒的形狀基本是圓形和球形，它們對于反應器壁的摩擦大大減小。進一步的，由于團粒本身會磨損，它們不會污染二氧化鈦產(chǎn)品，并且它們甚至可以被再加工成圓形和球形擦洗介質(zhì)。
文檔編號C01G23/047GK1771300SQ200480007886
公開日2006年5月10日 申請日期2004年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月24日
發(fā)明者C·克勞斯, S·卡諾瓦 申請人:卡博陶粒有限公司