(57)【要約】【課題】本発明はチタンホワイトの生産過程で灰色変化点を判断する方法を提供することを課題とする。【解決手段】本発明の方法は、含チタン溶液の透光度の変化を測定することによって加水分解含チタン溶液の灰色変化点を判断することを特徴とする、チタンホワイトの生産過程で灰色変化点を判断する方法である。本発明では、加水分解含チタン溶液の透光度の急降下する転換点又は加水分解含チタン溶液の透光度の一次導関数の極値点が含チタン溶液の灰色変化点であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
含チタン溶液の透光度の変化を測定することによって加水分解含チタン溶液の灰色変化点を判断することを特徴とする、チタンホワイトの生産過程で灰色変化点を判断する方法。
【請求項２】
加水分解含チタン溶液の透光度の急降下する転換点が含チタン溶液の灰色変化点であることを特徴とする、請求項１に記載のチタンホワイトの生産過程で灰色変化点を判断する方法。
【請求項３】
加水分解含チタン溶液の透光度の一次導関数の極値点が含チタン溶液の灰色変化点であることを特徴とする、請求項１に記載のチタンホワイトの生産過程で灰色変化点を判断する方法。
【請求項４】
紫外可視分光光度計を使って加水分解含チタン溶液の灰色変化点を判断することを特徴とする、請求項１に記載のチタンホワイトの生産過程で灰色変化点を判断する方法。
【請求項５】
含チタン溶液を硫酸水溶液で希釈して加水分解含チタン溶液の透光度を測定することを特徴とする、請求項１に記載のチタンホワイトの生産過程で灰色変化点を判断する方法。
【請求項６】
含チタン溶液と、希釈する硫酸水溶液との体積比は、１：５０〜１：１５０であることを特徴とする、請求項５に記載のチタンホワイトの生産過程で灰色変化点を判断する方法。
【請求項７】
硫酸水溶液の質量濃度は５％〜１５％であることを特徴とする、請求項５に記載のチタンホワイトの生産過程で灰色変化点を判断する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は含チタン溶液（titaniferous solution）の加水分解を通じてチタンホワイトを生産する過程で灰色変化点（change point of color to gray）を判断する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、中国国内のチタンホワイト粉の生産能力は既に100万トン/年に達し、ほとんどのメーカーでは硫酸法チタンホワイト生産工程を採用して生産している。硫酸法チタンホワイト工程は、自生種晶熱加水分解工程と外加種晶熱加水分解工程とに主に分けられる。自生種晶の熱加水分解工程は、工程が簡単で生産能力が大きいなどの長所があるため、中国国内で多く採用されている。
【０００３】
自生種晶熱加水分解工程は、概ね以下のような段階を含む。まず、既に予熱された加水分解含チタン溶液を、既に所定の温度まで予熱された脱イオン水に添加して、前期にまず一定の数量及び品質の種晶を形成し、体系に対して不断に熱を補充することによって含チタン溶液の加水分解を促進させ、前期に形成された種晶を結晶の中心として、チタン水和物粒子（titaniferous hydrate particles）がその表面に沈着し、成長するように誘導し、促進させ、最終にメタチタン酸スラリーを形成することができる。その後、メタチタン酸スラリー（metatitanic acid slurry）に対して酸洗、漂白、水洗、塩処理（salt treatment）、焼成、粉砕などの処理を行ってチタンホワイト製品を得る。その中で、加水分解期間に形成された種晶、灰色変化点の決定及び熟成時間などは、チタンホワイトの一次粒子の大きさ、分布などについて決定的な役割を果たし、後期で塩処理して得たチタンホワイト粉の粒子の大きさ、分布及び顔料性能を決定する。
【０００４】
チタンホワイト生産における加水分解工程中で重要なことは灰色変化点の判定である。含チタン溶液が加水分解されるにつれて、前期に形成された種晶は含チタン溶液が加水分解されるようにますます誘導し、加水分解して形成された粒子がますます臨界の大きさに達するようにし、溶液中でメタチタン酸の加水分解粒子を析出し、加水分解がもう一層進行するに従って、加水分解体系が黒色透明からますますオリーブグリーンに変化し、また、少し混濁された鉄灰色に変化し（その時点が灰色変化点、即ち、含チタン溶液の加水分解の臨界点である）、その後、淡乳白色及び白色の大きな凝集体に変わる。灰色変化点の判定は、含チタン溶液の加水分解速度、メタチタン酸粒子の大きさ及び粒度分布などを制御するのに肝要な役割を果たし、自生種晶含チタン溶液の加水分解において最も制御しにくい要点の一つである。もし判断が早過ぎると、形成されたメタチタン酸粒子が太くなり、一次粒子が細かくなるため、濾過洗浄の時に不純物を除去しにくく、粒度分布の広がりが大きくなって、顔料の性能を悪化させる。もし判断が遅すぎると、形成されたメタチタン酸粒子が細かくなり、一次粒子が太くなるため、酸洗や水洗する時の強度を増加させると同時に、粒度分布の広がりが大きくなって、その顔料の性能を悪化させる。よって、灰色変化点及び熟成時間を厳格に制御することは、チタンホワイト製品の品質を向上し、チタンホワイト業界の発展に適応するのに重要な理論と実際的な意義がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在、灰色変化点の判定は主に肉眼で観察することを主とし、時間と温度で把握することを補助としているため主観性が強い。また、このような肉眼で観察する方法で判断するのは正確性が低いため、異なるバッチのチタンホワイトの品質が一致しなくなる。よって、含チタン溶液を加水分解する過程中の灰色変化点を迅速かつ正確に判断する方法が要求されている。
従って、本発明は、含チタン溶液の加水分解の過程中の灰色変化点を正確に測定できる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の方法は、含チタン溶液の透光度を測定することによって加水分解含チタン溶液の灰色変化点を判断する。
本発明によると、加水分解含チタン溶液の透光度の急降下する転換点又は加水分解含チタン溶液の透光度の一次導関数の極値点が含チタン溶液の灰色変化点である。
本発明によると、紫外可視分光光度計を使って加水分解含チタン溶液の灰色変化点を判断し得る。
より好ましくは、含チタン溶液を硫酸水溶液で希釈して加水分解含チタン溶液の透光度を測定し得る。
より好ましくは、含チタン溶液と、希釈する硫酸水溶液との体積比は１：５０〜１：１５０であり得る。
より好ましくは、硫酸水溶液の質量濃度は５％〜１５％であり得る。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、含チタン溶液の加水分解の過程中の灰色変化点を正確に測定できる方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明による希釈された加水分解含チタン溶液の透光度の時間による変化を示すグラフである。
【図２】本発明による加水分解含チタン溶液の透光度の一次導関数の時間による変化を示すグラフである。
【図３】本発明の第一実施例によって製造されたチタンホワイトの粒径分布図である。
【図４】本発明の第二実施例によって製造されたチタンホワイトの粒径分布図である。
【図５】本発明の第三実施例によって製造されたチタンホワイトの粒径分布図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明が解決しようとする技術的課題は、灰色変化点の判定方法を提供し、チタンホワイトの加水分解の過程中の灰色変化点を正確に判定することによって、粒度分布が狭く、顔料の性能が高いチタンホワイト製品を製造することである。本発明の特徴は、原料の添加が終わってから加水分解の最前の沸騰までの加水分解含チタン溶液の透光度を測定することによって、加水分解時の灰色変化点を判定する。本発明の方法によると加水分解含チタン溶液の灰色変化点を正確に判断できるため、粒度分布が狭く、顔料の性能が優れるチタンホワイト製品を製造できる。
【００１０】
本発明による加水分解含チタン溶液の灰色変化点を判定する方法は、加水分解含チタン溶液の透光度を測定することによって灰色変化点を判定する。本発明による加水分解含チタン溶液の透光度を測定する方法は、その分野で既に知られている透光度を測定できる任意の方法を使っても良い。例えば、紫外可視分光光度計を使って加水分解含チタン溶液の透光度を測定する。
【００１１】
本発明による加水分解含チタン溶液の灰色変化点を判定する方法は、より正確に灰色変化点を測定するために、含チタン溶液を硫酸水溶液で希釈することができる。例えば、加水分解含チタン溶液を一定の体積の５％〜１５％の硫酸水溶液で希釈し、希釈する体積比は１：５０〜１：１５０である。加水分解含チタン溶液と硫酸を均一に混合した後、すぐに紫外可視分光光度計でその透光率を測定する。
【００１２】
加水分解含チタン溶液の透光度の急変点を測定するために、含チタン溶液の添加が終わった時点を０分と設定してタイミングし、０分の時の、希釈された加水分解含チタン溶液の透光度を１００％に設定して標準液とする。その後、一定の時間の間隔でサンプリングして、加水分解含チタン溶液の透光度をそれぞれ測定し、透光度の変化が大きくなった後に、サンプリング時間の間隔を短縮させ、時間を横軸にし、希釈された加水分解含チタン溶液の透光度を縦軸にしてグラフを作成する。透光度が急降下する転換点又は当該グラフの一次導関数の極値点に対応する時間が灰色変化点時間である。
【００１３】
即ち、本発明による加水分解含チタン溶液の灰色変化点を判定する方法では、紫外可視分光光度計を使って加水分解含チタン溶液の透光度の変化を測定し、図１に示すように透光度が急降下する転換点又は図２に示すように透光度の一次導関数の極値になる点が加水分解含チタン溶液の灰色変化点である。
【００１４】
本発明による加水分解含チタン溶液の灰色変化点を測定する方法は、普通の紫外可視分光光度計を使って加水分解含チタン溶液の灰色変化点を簡単、迅速かつ正確に測定できるため、製品の性能が優れるチタンホワイトを製造できる。よって、本発明の加水分解含チタン溶液の灰色変化点を測定する方法は、従来技術の肉眼で観察する方法に比べると、灰色変化点の判断の正確性を著しく向上させることができる。
【００１５】
以下、本発明の加水分解含チタン溶液の灰色変化点を測定する方法をより完全に説明するため、チタンホワイトを生産する具体的な段階を結合して具体的に説明する。
本発明によるチタンホワイトを生産する方法は次の段階を含む。
（１）体積が含チタン溶液体積の２２％〜２８％の脱イオン水を取って加水分解窯に添加して、９４℃〜９８℃恒温まで予熱し、撹拌状態を維持する。
（２）撹拌状態で、９２℃〜９８℃まで予熱し、濃度が２００〜２４０ｇ／Ｌ、Ｆ値が１．７〜２．０の含チタン溶液を１５〜２０分間内に等速で加水分解窯に添加する。原料を添加する過程で、加水分解体系の温度が９２℃〜９８℃を維持するようにする。
（３）原料の添加が終った後、０．８〜１．４℃／分の昇温速度で第一沸点（first boiling point）まで昇温させ、その後、体系の微沸騰を維持する。
【００１６】
（４）原料の添加が終った時点から異なる時間に一定体積の加水分解含チタン溶液を取り、一定体積の室温まで冷却された５〜１５％硫酸水溶液で希釈する。希釈する体積比は1：５０〜１：１５０である。均一に混合した後、すぐに紫外可視分光光度計でその透光度をそれぞれ測定し、透光度の変化が大きくなった後は、サンプリング時間の間隔を短縮する。そして、含チタン溶液の添加が終った時点を０分と設定してタイミングし、０分の時の希釈された加水分解スラリーの透光度を１００％と設定して標準液にする。その後、時間を横軸にし、希釈された加水分解スラリーの透光度を縦軸にしてグラフを作成する。透光度が急降下する転換点（又は当該グラフの一次導関数の極値点、その時、加水分解含チタン溶液は鉄灰色に変わる）に対応する時間が灰色変化点時間である。
（５）加水分解体系が灰色変化点に達した後、すぐに加熱及び攪拌を止め、熟成を行う。２０〜４０分間熟成した後、加熱及び攪拌を開始し、第二沸点まで徐々に昇温させる。その昇温速度は０．８〜２．５℃／分で、微沸騰を維持する。
【００１７】
（６）第二沸点まで昇温してから９０分間経て、体系に８０℃〜９８℃の脱イオン水をゆっくりと等速で補充し、用量は最終の含チタン溶液の総チタン濃度が１６５±５ｇ／Ｌの範囲内にあるようにし、加水分解が終わるまで微沸騰を維持する。
（７）第二沸点後、２．５〜３．０時間を経て加水分解を終え、加水分解スラリーに対して酸洗、漂白、水洗、塩処理、焼成、粉砕を行って製品を得る。
【００１８】
本発明の長所は次の通りである。含チタン溶液の加水分解期間に希釈された加水分解スラリーの透光度が加水分解時間に従って変化することによって、灰色変化点を精密に制御し、加水分解体系が適切な数量、品質及び粒度分布を備える加水分解粒子を生成するように制御し、加水分解期間の加水分解速度及びチタン水和物粒子の結晶、成長及び集積速度に対して効果的に調整し、従来の加水分解制度に対して少し調整したことによって粒度分布が狭く、顔料の性能が優れるチタンホワイト製品を製造する。
【実施例】
【００１９】
以下、具体的な実施例と組み合わせて、本発明の方法を具体的に説明する。
（実施例１）
本発明の方法を使ってチタンホワイト粉を生産
２５．０ｍＬの脱イオン水を取って加水分解窯に添加し、撹拌状態で９６℃まで予熱する。９５℃まで予熱した濃度が２２９ｇ／Ｌ、Ｆ値が１．８６の含チタン溶液１００ｍＬを１７分間内に等速で加水分解窯に添加する。原料を添加する過程中、加水分解体系の温度が９６℃を維持するようにする。原料の添加が終った後、加水分解体系を第一沸点（約１０６℃）まで昇温させ、１．００℃／分の昇温速度を維持し、その加熱時間は１０分間で、体系の微沸騰状態を維持する。実施段階（４）のように加水分解スラリーを取り、その透光度を測定する。用いる硫酸水溶液は１０％、希釈する体積比は１：１００である。体系が灰色変化点に変わった時に加熱及び攪拌を止め、３０分間の熟成を行う。熟成が終った後、攪拌状態で体系を第二沸点（約１０７℃）まで昇温させ、１．８℃／分の昇温速度を維持し、その加熱時間は１３分間で、体系の微沸騰状態を維持するようにする。第二沸点から９０分間経て、体系に既に８６℃まで予熱した脱イオン水１４ｍＬを等速で添加し、液体タチンの濃度を希釈して加水分解反応が継続するように促進する。第二沸点から３時間経て、加水分解を終える。得られた加水分解スラリーは酸洗、漂白、水洗、塩処理、焼成、粉砕を行って製品を得る。
【００２０】
取られた希釈された加水分解スラリーの透光度の時間による変化を図１に示し、透光度の一次導関数の時間による変化を図２に示す。図１に示すように、透光度の時間による変化曲線は、ボルツマン（Boltzmann）のＳ−ラインフィッティング(fitted S line)を満足する（方程式ｙ＝（Ａ1−Ａ2）／（１＋ｅｘｐ［（ｘ−ｘ0）／ｄｘ］）＋Ａ2を満足する）。ここで、フィッティング関連係数Ｒ2＝０．９９９８である。図１に示すように、原料の添加が終ってから灰色変化点までの時間は２４分間で、最前の沸騰から１４分間経て灰色変化点に達する。図２を見ると、原料の添加が終ってから２４分間の時に極小値の点、即ち、図１のグラフの急変点が出現したことを知ることができる。当該点に対応する時間（２４分間）が含チタン溶液の加水分解する期間の灰色変化点である。得られたチタンホワイトの粒度分布を図３に示す。図３に示すように、得られたチタンホワイト製品の平均粒径は２５０ｎｍ、半ピーク幅（half-peak breadth）９３．２ｎｍ、ピーク１のピーク値粒径は２７５ｎｍ、多分散指数は０．１３３で、得られたチタンホワイトの粒度分布が非常に狭いことを表す。顔料の性能テストで得られたその着色力（reducing power）（ＳＣＸ）は１４８０（Ｒ７０６を標準サンプルとする）、白色度の相対値は１００．３３（ＰＴＡ１２０を標準サンプルとする）である。
【００２１】
（実施例２）
本発明の方法を使ってチタンホワイト粉を生産
２７．０ｍＬの脱イオン水を取って加水分解窯に添加し、撹拌状態で９４℃まで予熱する。９５℃まで予熱した濃度が２０１ｇ／Ｌ、Ｆ値が１．９２の含チタン溶液１００ｍＬを１８分間内に等速で加水分解窯に添加する。原料を添加する過程中、加水分解体系の温度が９４℃を維持するようにする。原料の添加が終ってから、加水分解体系を第一沸点（約１０５℃）まで昇温させ、１．１℃／分の昇温速度を維持し、その加熱時間は１０分間で、体系が微沸騰状態を維持するようにする。実施段階（４）のように加水分解スラリーを取り、その透光度を測定する。用いる硫酸水溶液は１５％で、希釈する体積比は１：５０である。体系が灰色変化点に変わった時に加熱及び攪拌を止める。原料の添加が終ってから灰色変化点まで合わせて２０分間かかり、２５分間熟成を行う。熟成が終った後、攪拌状態で体系を第二沸点（約１０６．５℃）まで昇温させ、１．６８℃／分の昇温速度を維持し、その加熱時間は１１分間で、体系の微沸騰状態を維持する。第二沸点から９０分間経て、体系に９２℃まで予熱した脱イオン水５ｍＬを等速で添加し、液体タチンの濃度を希釈して加水分解反応が継続するように促進する。第二沸点から２．７時間経て、加水分解を終える。得られた加水分解スラリーは酸洗、漂白、水洗、塩処理、焼成、粉砕を行って製品を得る。
【００２２】
得られたチタンホワイトの粒度分布を図４に示す。図４に示すように、得られたチタンホワイト製品の平均粒径は３０８ｎｍ、半ピーク幅は６８．９ｎｍ、ピーク１のピーク値粒径は２８０ｎｍ、多分散指数は０．２７６で、得られたチタンホワイトの粒度分布が非常に狭いことを表す。顔料の性能テストでその着色力（reducing power）（ＳＣＸ）は１３４０（Ｒ７０６を標準サンプルとする）、白色度の相対値は１００．１２（ＰＴＡ１２０を標準サンプルとする）であることを得た。
【００２３】
（実施例３）
本発明の方法を使ってチタンホワイト粉を生産
２３．０ｍＬの脱イオン水を取って加水分解窯に添加し、撹拌状態で９８℃まで予熱する。９８℃まで予熱した濃度が２３３ｇ／Ｌ、Ｆ値が１．８３の含チタン溶液１００ｍＬを１６分間内に等速で加水分解窯に添加する。原料を添加する過程中、加水分解体系の温度が９８℃を維持するようにする。原料の添加が終ってから、加水分解体系を第一沸点（約１０６．５℃）まで昇温させ、０．７７℃／分の昇温速度を維持し、その加熱時間は１１分間で、体系が微沸騰状態を維持するようにする。実施段階（４）のように加水分解スラリーを取り、その透光度を測定する。用いる硫酸水溶液は５％で、希釈する体積比は１：１５０である。体系が灰色変化点に変わった時に加熱及び攪拌を止める。原料の添加が終ってから灰色変化点まで２６分間かかり、３５分間熟成を行う。熟成が終った後、攪拌状態で体系を第二沸点（約１０８℃）まで昇温させ、２．０℃／分の昇温速度を維持し、その加熱時間は１２分間で、体系の微沸騰状態を維持する。第二沸点から９０分間経て、体系に９５℃まで予熱した脱イオン水２３ｍＬを等速で添加し、液体タチンの濃度を希釈して加水分解反応が継続するように促進させる。第二沸点から３時間経て、加水分解を終える。得られた加水分解スラリーは酸洗、漂白、水洗、塩処理、焼成、粉砕を行って製品を得る。
【００２４】
得られたチタンホワイトの粒度分布を図５に示す。図５に示すように、得られたチタンホワイト製品の平均粒径は２３７ｎｍ、半ピーク幅は９５．１ｎｍ、ピーク１のピーク値粒径は２６９ｎｍ、多分散指数は０．１０３で、得られたチタンホワイトの粒度分布が非常に狭いことを表す。顔料の性能テストでその着色力（reducing power）（ＳＣＸ）は１４７０（Ｒ７０６を標準サンプルとする）、白色度の相対値は１００．１５（ＰＴＡ１２０を標準サンプルとする）であることを得た。
【００２５】
以上、本発明の例示的な実施例を掲示し、特定の用語を使用していたが、一般的及び記述的な意味でこれらの方法を使用し、解釈することで、制限するのが目的ではない。従って、この分野の通常の技術者は請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲を超えない状況で、形式及び細部に対して変更を行うことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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