Способ получения пигментного диоксида титана

Способ получения пигментного диоксида титана

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано для упрощения процесса получения пигментного диоксида титана по хлоридной технологии при повышении его качества.

Из уровня техники известен способ получения пигментного диоксида титана, включающий окисление тетрахлорида титана кислородом или кислородсодержащим газом в плазмохимическом реакторе, охлаждение продуктов реакции в закалочной камере и последующее микроизмельчение промежуточного продукта - диоксида титана в несколько стадий путем воздействия сверхзвуковой струи газа при температуре 100÷500°С и отношении массовых расходов газа и диоксида титана G_г/G_дт.≥0,2, где G_г - массовый расход газа, G_д.т. - массовый расход диоксида титана (RU 2125018 C1, G01G 23/07, 1999). При этом на первой стадии микроизмельчения осуществляют процесс обесхлоривания диоксида титана путем обработки его влажным воздухом без модифицирования его поверхности, что усложняет процесс производства. Кроме того, полученный по данному способу диоксид титана из-за наличия на поверхности влаги обладает неудовлетворительной смачиваемостью органическими связующими и низкой диспергируемостью в них, что ограничивает возможности его использования в качестве пигмента.

Изобретение направлено на повышение качества пигментного диоксида титана и упрощение технологии его производства.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе получения пигментного диоксида титана, включающем окисление тетрахлорида титана кислородом или кислородсодержащим газом в плазмохимическом реакторе, охлаждение продуктов реакции в закалочной камере и последующее микроизмельчение промежуточного продукта - диоксида титана в несколько стадий путем воздействия сверхзвуковой струи газа при температуре 100÷500°С и отношении массовых расходов газа и диоксида титана G_г/G_д.т.≥0,2, где G_г - массовый расход газа, G_д.т. - массовый расход диоксида титана, согласно изобретению на первой стадии микроизмельчения обработку диоксида титана производят сухим газом с добавкой пара органического или кремнийорганического модификатора, молекулы которого содержат по меньшей мере одну из функциональных групп: -ОН, -NH₂, -NH, -SH, при массовом расходе модификатора 0,1-2,0% от массового расхода диоксида титана.

Благодаря использованию сухого газа, содержащего пары модификатора, при обработке диоксида титана на первой стадии микроизмельчения обеспечивается совмещение процесса обесхлоривания и процесса модифицирования поверхности диоксида титана (т.е. сокращается количество стадий обработки) и исключается возможность сорбции влаги на поверхности диоксида титана. При этом модификатор прививается к поверхности диоксида титана, что приводит к улучшению гранулометрического состава титанового пигмента - уменьшению среднего размера и разброса размеров частиц и повышению его фотохимической устойчивости.

На чертеже представлена технологическая схема устройства для реализации заявленного способа.

Устройство содержит плазмотрон 1 с патрубком 2 для ввода кислорода или кислородсодержащего газа, плазмохимический реактор 3 с патрубком 4 для ввода тетрахлорида титана, закалочную камеру 5, теплообменник 6, циклон 7, тканевый фильтр 8, питатель 9 порошка диоксида титана, камеру 10 микроизмельчения со сверхзвуковым соплом 11, испаритель 12 с патрубком 13 для ввода модификатора, подогреватель 14 с патрубком 15 для ввода газа.

Способ получения пигментного диоксида титана реализуется следующим образом.

В плазмотроне 1 кислород или кислородсодержащий газ нагревают до плазменного состояния. Поток плазмы кислорода или кислородсодержащего газа из плазмотрона 1 поступает в плазмохимический реактор 3, где происходит окисление вводимого по патрубку 4 тетрахлорида титана с образование диоксида титана и хлора. Полученные продукты реакции последовательно охлаждают в закалочной камере 5 и теплообменнике 6 и в виде пылегазового потока подают в блок осаждения, включающий циклон 7 и тканевый фильтр 8. Уловленный в тканевом фильтре 8 диоксид титана возвращают в циклон 7, а газовую фазу (Cl₂) по патрубку 17 направляют на регенерацию для технологических нужд. Отделенный промежуточный продукт - частицы диоксида титана из циклона 7 через питатель 9 подают в камеру 10 первой стадии микроизмельчения, где происходит обработка - разрушение агрегатов частиц диоксида титана под воздействием истекающей из сверхзвукового сопла 11 сверхзвуковой струи сухого газа, содержащего пары модификатора, который вводят в поток газа через патрубок 13 и испаритель 12. При этом поверхностные Cl-группы диоксида титана вступают с функциональными группами модификатора: -ОН, -NH₂, -NH, -SH в реакцию типа:

В уравнениях (1) - (4) R - органический или кремнийорганический радикал, который может содержать и другие помимо вышеназванных функциональные группы.

Для образования газовой среды, которую подают в камеру 10 подогретой в подогревателе 14 до температуры 100÷500°С и при отношении массовых расходов газа и диоксида титана G_г/G_д.т.≥0,2, где G_г - массовый расход газа, G_д.т. - массовый расход диоксида, может быть использован любой из газов, не реагирующий с вводимым в него модификатором - азот, инертные газы, углекислый газ или самый технологически предпочтительный и дешевый газ - воздух.

В результате взаимодействия поверхностных Cl-групп диоксида титана с модификатором в камере 10 первой стадии микроизмельчения одновременно протекают процесс модифицирования, в результате которого модификатор прививается к поверхности диоксида титана, и процесс обесхлоривания с удалением хлора в виде HCl с поверхности диоксида титана в газовую фазу.

Из камеры 10 первой стадии микроизмельчения обесхлоренные и модифицированные частицы диоксида титана и газовая фаза в виде пылегазового потока поступают в блок осаждения второй стадии, откуда отделенные частицы диоксида титана из циклона 7 через питатель 9 напраляют в камеру 10 второй стадии микроизмельчения, а газовую фазу по патрубку 17 отводят на регенерацию для технологических нужд.

В камере 10 на второй стадии микроизмельчения производят доочистку диоксида титана от остатков модификатора и HCl. Готовый продукт - пигментный диоксид титана отводят из камеры 10 второй стадии по патрубку 16 в блок осаждения (на чертеже не показано).

При необходимости продолжить модифицирование диоксида титана другим модификатором число стадий может быть увеличено.

В таблице приведены режимные параметры примеров реализации заявленного способа получения пигментного диоксида титана и показатели качества получаемого продукта. Сопоставление примеров 1÷15 и 16 показывает, что при модифицировании диоксида титана по предлагаемому способу содержание хлора в целевом продукте в несколько раз ниже, чем в продукте без модифицирования (пример 16).

Способ получения пигментного диоксида титана, включающий окисление тетрахлорида титана кислородом или кислородсодержащим газом в плазмохимическом реакторе, охлаждение продуктов реакции в закалочной камере и последующее микроизмельчение промежуточного продукта - диоксида титана - в несколько стадий путем воздействия сверхзвуковой струи газа при температуре 100÷500°С и отношении массовых расходов газа и диоксида титана G_г/G_дт≥0,2, где G_г - массовый расход газа, G_дт - массовый расход диоксида титана, отличающийся тем, что на первой стадии микроизмельчения обработку диоксида титана производят сухим газом с добавкой пара органического или кремнийорганического модификатора, молекулы которого содержат по меньшей мере одну из функциональных групп: -ОН, -NH₂, -NH, -SH, при массовом расходе модификатора 0,1÷2,0% от массового расхода диоксида титана.