鈦白粉的性質(zhì)及用途現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期四

鈦白粉的化學(xué)名稱(chēng)為二氧化鈦，英文名稱(chēng)為titaniumdioxide或titania。商用名稱(chēng)為鈦白粉，分子式為T(mén)iO2，相對(duì)分子質(zhì)量為79.9。基于鈦白粉具有穩(wěn)定的物理、化學(xué)性質(zhì)，優(yōu)良的光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)以及優(yōu)異的顏料性能，因此其用途十分廣泛，涂料、塑料、造紙、化纖、油墨、橡膠、電子工業(yè)、化妝品、電焊條、搪瓷、陶瓷和冶金等都要用到鈦白粉。特別是顏料鈦白粉，因其具有其他白色顏料無(wú)可比擬的多種優(yōu)異性能，以至于其面世后，很快就取代了傳統(tǒng)的鉛白、鋅白、鋅鋇白等白色顏料，成為白色顏料之王。由于它是白色和淺白色最好的遮蓋顏料和消色顏料，因此被廣泛地應(yīng)用于需要著白色或淺白色的涂料、紙張、塑料、油墨、橡膠等領(lǐng)域。隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類(lèi)科技的進(jìn)步，人們對(duì)鈦白粉的認(rèn)識(shí)將越來(lái)越深，鈦白粉的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹?lái)越廣，鈦白粉的市場(chǎng)需求將越來(lái)越大，鈦白粉有著及其寬廣的發(fā)展和應(yīng)用前景。現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期四

鈦白粉在各個(gè)方面的消費(fèi)增長(zhǎng)率都與國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值成正比，因此經(jīng)濟(jì)學(xué)家把鈦白粉消費(fèi)量的多少，作為衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人民生活水平高低的一個(gè)重要標(biāo)志。

我國(guó)蘊(yùn)藏著極其豐富的鈦礦資源，這得天獨(dú)厚的鈦礦，是發(fā)展鈦白粉生產(chǎn)雄厚的物質(zhì)基礎(chǔ)，目前，我國(guó)鈦白粉工業(yè)得到很大發(fā)展，生產(chǎn)能力僅次于美國(guó)，已躍居世界第二位。現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期四硫酸法生產(chǎn)工藝現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期四目前，我過(guò)鈦白粉的生產(chǎn)主要采用硫酸法，其工藝如下：硫酸法技術(shù)的主要工藝步驟是：TiO2原料用硫酸酸解；沉降，將可溶性硫酸氧鈦從固體雜質(zhì)中分離出來(lái)；水解硫酸氧鈦以形成不溶水解產(chǎn)物或稱(chēng)偏鈦酸；煅燒除去水分，生成干燥的純TiO2。現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期四1.酸解

經(jīng)研磨、干燥的鈦鐵礦（含42%～60%的TiO2）和／或酸溶性鈦渣（TiO2含量72%～78%）一般在鉛襯反應(yīng)器中用濃硫酸在150～180℃的溫度下酸解。為便于酸解，原料通常要磨到200目左右。需要指出的是，白鈦石、人造金紅石和金紅石不溶解于硫酸，因此不能用硫酸法鈦白的生產(chǎn)方法。酸-料混合物一般用空氣進(jìn)行氣流攪拌并通過(guò)吹入蒸汽加熱。大多數(shù)生產(chǎn)廠使用濃度為85%～92%的硫酸，劇烈的放熱反應(yīng)在160℃左右就開(kāi)始了。鈦鐵礦中的鐵含量越高（TiO2含量越低），所用硫酸的稀釋程度就越高。對(duì)處理巖礦而言，合適的酸濃度為85%。而處理鈦渣，酸中的H2SO4一般為91%～92%。為了獲得平緩的反應(yīng)，不許用比此更濃的硫酸。之后，鈦液被逐漸稀釋?zhuān)紫扔盟幔缓笥盟o(wú)論酸的濃度如何，反應(yīng)固相物的形態(tài)都是疏松的多孔餅，其主要組成是Fe2(SO4)3和TiOSO4(硫酸氧鈦)。由于原料中存在的釩、鉻和其他金屬要在硫酸中分解，因此多孔餅中也含有這類(lèi)金屬硫酸鹽。

現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期四

酸解反應(yīng)通常用能裝30～40t反應(yīng)物的酸解罐進(jìn)行間歇式操作。劇烈的放熱反應(yīng)一般持續(xù)約30min，然后將多孔餅固相物冷卻3h左右。硫酸法產(chǎn)生的空氣污染大部分來(lái)自于酸解。反應(yīng)中，大量硫氧化物、酸霧和夾帶的未反應(yīng)原料粒子在很短時(shí)間內(nèi)釋放出來(lái)。這些放散物被暫時(shí)收集到氣體洗滌塔和固體物質(zhì)除塵系統(tǒng)中。接下來(lái)是用水或稀硫酸將硫酸鹽多孔餅浸出。這種餅的分解和三價(jià)鐵/二價(jià)鐵的還原通常要進(jìn)行11～12h，使在酸解罐處的總反應(yīng)時(shí)間達(dá)14～15h。如果以鈦鐵礦為原料，鈦液要用鐵屑處理將三價(jià)鐵還原成二價(jià)鐵。如果以鈦渣為基本原料，由于只有二價(jià)鐵，故省掉這一步工序。還原持續(xù)到產(chǎn)生一些三價(jià)鈦為止，目的是使所用的鐵在隨后各步驟中都保持二價(jià)形式。通常指標(biāo)為2%的三價(jià)鈦就行了，大部分鈦以四價(jià)形式存在。正如連續(xù)酸解一樣，還原也可采用連續(xù)方式進(jìn)行。如果讓三價(jià)鐵進(jìn)入水解階段，它們將吸附在TiO2粒子表面，造成最終鈦白產(chǎn)品白度指標(biāo)低。因此，在整個(gè)工藝過(guò)程中使鐵保持二價(jià)形態(tài)至關(guān)重要。

現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期四2.沉清/沉降現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期四

冷卻酸解液、固體惰性物質(zhì)和未反應(yīng)的原料殘余物溶液從酸解罐的底部全部排放到寬底的地位沉淀池/沉降池中。此處是將由鈦礦雜質(zhì)形成的可溶性殘余物去掉。這些殘余物可能包括硅石、鋯石/硫酸石、白鈦石和/或金紅石。加入酪蛋白、淀粉或其他有機(jī)絮凝劑，液體便通過(guò)簡(jiǎn)單的重力分解沉淀在沉降池中。可溶性殘余物的沉降可以在此階段輔以硫化銻（SbS3）沉淀的形式進(jìn)行。為此，需在酸解階段將氧化銻加入到最初的原料中，沉降時(shí)加入硫化鈉以沉淀SbS3。用旋轉(zhuǎn)耙從沉降池中將固體物質(zhì)去除。通常，在沉降池底部有一集中排放點(diǎn)。固體物質(zhì)排出后，先用廢酸洗滌以回收未反應(yīng)的原料，然后用水洗掉殘留液。沉降后的鈦液通過(guò)精濾除掉細(xì)小的殘余粒子。這些精濾濾渣與沉降池中收集的其他固體物合在一起送往許可的堆放場(chǎng)。

整個(gè)沉降過(guò)程大約8h。

現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期四3.水解現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期四

水解工序是硫酸法鈦白生產(chǎn)非常關(guān)鍵的一步。這一步將可溶性硫酸氧鈦在90℃時(shí)水解成不溶于水的水合TiO2沉淀物，或稱(chēng)偏鈦酸。要獲得所需粒度的高質(zhì)量水解產(chǎn)物，必須嚴(yán)格控制諸如加熱速度、鈦液的二價(jià)鐵離子和四價(jià)鈦離子含量以及其他因素等條件。如前所述，避免出現(xiàn)三價(jià)鐵粒子是此環(huán)節(jié)的關(guān)鍵。為控制水解速度、水解物的過(guò)濾洗滌性能和最終產(chǎn)品的細(xì)度及質(zhì)量指標(biāo)，需要在水解時(shí)加入晶種。晶種的加入方式有兩種：自身晶種和外加晶種。兩種方法均能生產(chǎn)出同樣質(zhì)量的產(chǎn)品。自身晶種是在水解時(shí)利用預(yù)先加入的水解肽液和水所產(chǎn)生的晶種進(jìn)行水解工序，不用另外制備晶種。外加晶種顧名思義是向鈦液加入經(jīng)另外制備的金紅石或銳鈦型晶種，用以控制水解速度和鈦白產(chǎn)品的最終晶體類(lèi)型。為此目的的金紅石晶種是用偏鈦酸-鹽酸或純TiCl4制備，而銳鈦型晶種是用偏鈦酸、氫氧化鈉或向鈦液加入水或酸產(chǎn)生的。撇開(kāi)所加的晶種，從硫酸氧鈦溶液中沉淀出TiO2為銳鈦型。不過(guò)，在此階段加入金紅石晶種是為了在煅燒時(shí)易于使偏鈦酸沉降物轉(zhuǎn)化成的TiO2為金紅石型。若采用銳鈦型或自身晶種，則在煅燒時(shí)要加入金紅石型煅燒晶種才有利于金紅石TiO2的生成。偏鈦酸的沉淀是通過(guò)幾小時(shí)的鈦液沸騰達(dá)到的。在沉淀快結(jié)束時(shí)，有時(shí)要加入一定的水以提高水解率。但是，加入的氺過(guò)量則會(huì)破壞TiO2沉淀物的質(zhì)量，整個(gè)水解沉淀過(guò)程需要3~5h。水解沉淀物漿料經(jīng)過(guò)濾、洗滌后，在還原條件下用硫酸酸浸以除去最后微量吸附鐵和其他金屬，即通常所說(shuō)的漂白，大約7%~8%的SO3緊緊吸附在漿料中，無(wú)法洗掉。事實(shí)上，要經(jīng)歷過(guò)濾和洗滌，才能將偏鈦酸沉淀分離出來(lái)。硫酸法鈦白粉生產(chǎn)的大部分廢酸由此產(chǎn)生。現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期四

第一次過(guò)濾中的濾液（成為“濃廢酸”）一般含H2SO422%~24%。通常每生產(chǎn)1t成品鈦白要產(chǎn)生8~10t“濃廢酸”。如果以鈦渣為原料，這種酸仍含有分解的硫酸亞鐵，同時(shí)還還有大量的硫酸鋁和硫酸鎂。而之后的洗滌和過(guò)濾產(chǎn)生的酸廢物（成為“稀廢酸”）,所含H2SO4低于0.5%。根據(jù)水洗和過(guò)濾環(huán)節(jié)的數(shù)量，每生產(chǎn)1t成品鈦白產(chǎn)生的稀酸可達(dá)60t。為控制粒度生長(zhǎng)，需向偏鈦酸加入調(diào)節(jié)劑，如硫酸鉀、磷酸鉀和鋅。有時(shí)還需在此步驟中進(jìn)一步加入金紅石晶種以促進(jìn)煅燒時(shí)形成的金紅石TiO2。最終用于煅燒的物料是水合TiO2漿料，固含量為35%~50%。現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期四4.煅燒現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期四

煅燒是在一個(gè)傾斜的內(nèi)燃式回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行的。在重力作用下，水合TiO2漿料在回轉(zhuǎn)窯中緩緩前移。煅燒溫度在900~1250℃。為了達(dá)到所需的鈦白類(lèi)型，實(shí)際溫度需要按幾個(gè)等級(jí)嚴(yán)格控制。一般生產(chǎn)金紅石鈦白所需的溫度要高一些。通過(guò)煅燒環(huán)節(jié)脫去水分和除去殘余的微量SO3，同時(shí)還可以將銳鈦型轉(zhuǎn)變成金紅石型。煅燒還有助于曾強(qiáng)最終鈦白產(chǎn)品的化學(xué)惰性和確定其粒度，盡管粒度的確定主要是在水解階段。通過(guò)過(guò)程取樣和對(duì)顏色、消色力及粒度的物理檢測(cè)可以對(duì)煅燒過(guò)程的嚴(yán)密控制起輔助作用。在煅燒階段，隨著SO3和酸霧的排除，不可避免要夾帶一些細(xì)微的TiO2粒子，縷縷煙氣明顯可見(jiàn)。因此，工程必須設(shè)有回收TiO2粒子、除塵和除酸霧裝置，以使煅燒尾氣不對(duì)環(huán)境造成危害。煅燒后，TiO2經(jīng)研磨破碎燒結(jié)顆粒。其后，一些鈦白粉以未包膜TiO2出品的形式出售用于搪瓷、焊條等需要初級(jí)產(chǎn)品的應(yīng)用地方。其主要而且是幾乎所有的太白粉廠均要進(jìn)行的表面處理，即后處理。現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期四5.物料平衡現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期四

硫酸法的化學(xué)方應(yīng)包括：鈦渣酸解

TiO2+H2SO4→TiOSO4+H2O

鈦鐵礦酸解和去綠礬

5H2O+FeTiO3+2H2SO4→TiSO4·7H2O+TiOSO4

水解

TiOSO4+2H2O→TiO(OH)2+H2SO4

煅燒

TiO(OH)2→TiO2+H2O

鈦原料的TiO2收率在82%~90%左右。硫酸是另一重要的原料，主要是用于酸解，也有較少量的稀酸用于各工藝的洗/浸工序中。現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期四

每噸鈦白產(chǎn)品所需的主要原料消耗為：礦及含鈦原料/t硫酸（100%H2SO4）/t鈦精礦（45%TiO2）2.54.70鈦精礦（54%TiO2）2.1 3.50鈦精礦（59%TiO2）1.9 3.20鈦渣（75%TiO2）1.5 2.70鈦渣（85%TiO2）1.3 2.50

如果以鈦鐵礦為原料，還另需0.1~0.2t鐵屑或鐵粉。該工藝所產(chǎn)生的主要廢物是廢酸（含洗水）和以鈦鐵粉為原料所產(chǎn)出的FeSO4·7H2O；廢酸一般很稀，H2SO4含量低于25%，一些鈦白生產(chǎn)商盡力分離酸解時(shí)第一次過(guò)濾產(chǎn)生的強(qiáng)酸廢物和隨后過(guò)濾與水洗產(chǎn)生的弱酸廢物。硫酸法生產(chǎn)每噸鈦白產(chǎn)生的副產(chǎn)物及量如下。以鈦鐵礦為原料：3~4tFeSO4·7H2O;7~8t(23%H2SO4)廢酸;

以鈦渣為原料：4~6t(25%H2SO4)廢酸。此外，在煅燒階段，每噸鈦白有7~8kgSO3排入大氣或必須回收以減少對(duì)大氣污染。現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期四后處理后處理主要有濕磨、無(wú)機(jī)包膜、干燥、氣流磨及有機(jī)包膜和產(chǎn)品包裝等工序。現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期四1.濕磨

從硫酸法生產(chǎn)中經(jīng)磚窯煅燒獲得的TiO2或從氯化法生產(chǎn)中經(jīng)氧化后獲得的TiO2，在無(wú)機(jī)或有機(jī)分散劑的存在下進(jìn)行濕磨。其石磨設(shè)備主要采用介質(zhì)磨，有機(jī)球磨、球磨機(jī)、砂磨機(jī)、重介質(zhì)磨等。將TiO2聚集粒子盡量磨細(xì)解聚為原級(jí)粒子，以利于進(jìn)行無(wú)機(jī)包膜。此工藝是在90年代開(kāi)始大量使用，其關(guān)鍵時(shí)刻獲得更好的包膜處理的顏料性能更加的鈦白粉。現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期四2.無(wú)機(jī)物包膜與干燥經(jīng)濕磨解聚后的TiO2需要進(jìn)行無(wú)機(jī)物包膜，以屏蔽紫外光，提高鈦白粉的耐候性。常用的無(wú)機(jī)包膜劑有硅、鋁的氧化物及水和氫氧化物。由硅、鋁包膜提高了鈦白粉的耐候性能，但與之相反的影響了應(yīng)用使得光澤。由此，近年來(lái)已采用了鋯進(jìn)行混合包膜，達(dá)到高耐候、高光澤的顏料應(yīng)用。無(wú)機(jī)包膜劑常以氧化物及氫氧化物的形式沉積，并依據(jù)其最后產(chǎn)品的用途，采用以松散或致密膜的形式包覆于TiO2粒子表面。其反應(yīng)原理如下：現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期四Al2(SO)4+4NaOH→Al2O3↓+2NaSO4+2H2O2NaAlO2+H2SO4→Al2O3↓+NaSO4+H2ONaSiO3+H2SO4→SiO2·nH2O↓+NaSO4+H2OZr(SO4)2+4NaOH→ZrO2↓+2NaSO4+H2O

在包膜處理時(shí)，嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度、pH值、時(shí)間，已達(dá)到最佳的使用目的。然后將包膜后的漿料進(jìn)行過(guò)濾，用去離子水洗滌至一定的電導(dǎo)率。采用多種干燥方式如帶式干燥機(jī)、噴霧干燥機(jī)等進(jìn)行干燥。現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期四3.有機(jī)包膜與氣流粉碎

氣流粉碎的目的是為得到狹窄粒度范圍和優(yōu)良顏料性能的鈦白粉后處理最后一道工序。目前采用的粉碎機(jī)多數(shù)為扁平式氣流粉碎機(jī)，其氣源為16kg的過(guò)熱蒸汽，并根據(jù)產(chǎn)品用途加入一定的有機(jī)包膜劑。其目的有二：一是由于粉碎后的鈦白粉表面能較高，容易重新團(tuán)聚，需要中和其能量（或謂之表面電位），也起到助磨效果；而是改變其鈦白粉的表面物理化學(xué)性能，以使其應(yīng)用在涂料、塑料等物質(zhì)有更好的配伍性及相容性。有機(jī)包膜劑用于涂料有胺、醇胺類(lèi)、硅烷類(lèi)；用于塑料有二甲基硅烷、聚乙醇、三乙醇胺等。由于有機(jī)物結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和容易改變并不斷的合成新產(chǎn)品，以滿足日新月異的涂料、塑料新產(chǎn)品的需要。包膜劑的品種也在不斷的創(chuàng)新，已經(jīng)出現(xiàn)多種有機(jī)包膜的新產(chǎn)品、新技術(shù)。現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有25頁(yè)\編輯于星期四4.產(chǎn)品包裝

市售的鈦白粉通常的包裝是采用25kg紙袋或塑編復(fù)合紙袋。大規(guī)模使用時(shí)可用500kg或1000kg大包裝。包裝袋上標(biāo)示有