钛白介绍及应用

钛白

钛白是无机颜料中重要的白色颜料品种,其消费量占白色颜料总消费量的95.5%.在80年代,世界上无机颜料的年生产能力已达到440~450万吨,其中钛白270万吨.

来源:世界化工网

全文请访问:/睡过站了

一,钛白的性质

二氧化钛的性质和钛白的性质,两者既有内在的联系,又有不同,前者是纯二氧化钛的性质.现在钛白颜料的许多性能,特别是它的表面性质和纯二氧化钛相比,已毫无共同之处.钛白颜料的许多新性质是生产者根据应用场合的需要,采用了适当的工艺方法和技术措施而创造出来的优异性能.

一般来说,白色颜料必须具备以下性能:

①纯洁百度,对光线的折射率高;

②粒度和粒度分布是以的微细粉末;

③对光和热的作用稳定;

④化学上呈惰性

二氧化钛是多晶形化合物,自然界中存在三种结晶形态:金红石型,

锐钛型,板钛型.板钛型不稳定,尚没有工业用途.金红石型和锐钛型都属于四方晶系,蛋因晶行不通,所以有不同的晶体习性,金红石型钛白的性能在诸方面都优于锐钛型.

金红石型(R型)钛白粉具有较好的耐候性,耐水性和不易变黄的特点,但白度稍差,而锐钛型(A型)钛白粉耐光性差,不耐风光,但白度较好.

二氧化钛是一种白色的极为稳定的化合物,常温下几乎不与其他元素或化合物作用,,对氧,硫化氢,二氧化硫,二氧化碳和氨都是稳定的.在白色颜料中折射率最高,性能也最优越.

二.钛白的生产

钛白的生产属于重化工范畴,同时又是极为精细的化学讲过过程.产品源源超出纯化学品的要求,有害杂质的含量,要求降到十万分之几或百分之几.而且必须具有光学性质和应用性能,如确定的晶型,平均

粒径0.2μm左右,分布宽度0.1~0,.4μm,在各种介质中易于分散,要有耐光性和耐候性等.因而,工业流程长技术复杂,几乎用上了除蒸馏外,全部无机化学工艺流程.钛白制品被誉为”工艺艺术品”是有一定道理的.

目前世界上钛白的工业生产主要有两条工艺路线,一是硫酸法,早在20年代剧实现了工业化;二是氯化法,50年代实现工业化生产.其制造技术和生产至今仍为发达国家的少数大公司所垄断.我国目前主要是硫酸法工业化生产方法,氯化法只有小量试生产,仍处在研究开发过程中,以下主要讨论硫酸法,该方法的工艺流程图如下图:

硫酸法就是用硫酸和含钛矿物反应,生产钛白的方法迄今有80多年的历史,工艺已经定型,同氯化法相比,设备和操作比较简单,建厂投资较低,原料价廉易得.该法主要缺点是产生大量的废物,副产物,每吨钛白可产生4~5吨硫酸亚铁和8吨20%的稀硫酸.

钛铁矿是硫酸法生产钛白的原料,在所有含钛矿物中分布最广,含量最丰富,地壳中含有的钛绝大部分以钛铁矿的形式存在.

我国是钛的资源大国,亮光地区的钛铁矿是经过风化而成的砂矿,二氧化锑的品位在50%以上,是硫酸法的优良材料.四川攀枝花地区的钒钛磁铁矿储量最大,蛋品位较低,是我国未来钛白工业的原料基地,

目前已成功地用于工业生产.

硫酸法生产钛白的工艺过程较长,有原料准备,硫酸氧钛溶液制备,水合二氧化钛的制备,水合二氧化钛的煅烧和煅烧产品的后处理四个工作段组成,每个工段又包括若干生产工序.考虑到三废治理和综合利用的重要性,一般还要另外专门设置三废治理工段.

钛铁矿精矿成分除FeTiO3外,还有Fe2O3,以及SiO2,Al2O3,MnO,CaO,MgO等杂质,硫酸法处理钛铁矿主要是除去其中的铁.

1.硫酸氧钛溶液制备

制备硫酸氧钛溶液的过程,由下列工序组成:钛铁矿的分解(俗称酸解),固相物的浸取,三价铁的还原,溶液的沉清,硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)的分离和钛液的控制过滤.

在160~200℃温度下,用浓硫酸和钛铁矿精矿粉作用,即发生下列反应:

FeTiO3+2H2SO4 ==========TiOSO4+FeSO4+2H2O

FeTiO3+3H2SO4===========Ti(SO4)2+FSO4+3H2O

钛的整硫酸盐按下列反应式水解而生成硫酸压氧钛:

Ti(SO4)+H2O=========TiOSO4+H2SO4

游离吃的一部分硫酸又重新参加反应.

除上述反应外,氧化铁与硫酸还发生下列反应;

Fe2O+3H2SO4 =======Fe2(SO4)+3H2O

所有这些反应都是放热反应.

采用浓硫酸分解获得的榕块,其中钛以TiOSO4·2H2O水合结晶的形态存在.

熔块用水浸出时依生产条件的不同,可获得各种不同酸度的溶液.溶液的酸度一般是以酸比值(F)来表示.酸比值是有效H2SO4(游离酸与钛化合酸的综合)的重量浓度对溶液中的TiO2浓度的比值:

F=[H2SO4]有效

[TiO2]

在生产上当溶液的酸比值F>2.45时,有很大一部分钛以正硫酸盐形式存在于溶液中;F<2.45时,则大部分钛以硫酸氧钛的形式存在于溶液中.

2.溶液净化---除铁

用水浸出熔块时,钛,铁等以TiOSO4和FeSO4形式将进入溶液,还有一部分Fe2(SO4)3也进入溶液.

溶液中不允许有三价铁盐存在,因为它在酸性溶液中水解时,容易生成不溶解的氢氧化物和碱式硫酸盐而与偏钛酸同时沉淀出来,严重地污染二氧化钛.从溶液中清除这种盐是不可能的,因此,在水解析出水合二氧化钛之前必须把Fe2(SO4)3全部用铁屑还原为

FeSO4;

Fe2(SO4)3+Fe=3 FeSO4;

铁屑应过量,可以进一步吧把一小部分TiOSO4还原为Ti2(SO4)3,以防止二价铁呗氧化.铁屑用量取决于精矿中三价铁的含量.

采用结晶法除铁的过程是基于溶液冷却时,硫酸亚铁的溶解度降低,大部分铁可成FeSO4·7H2O结晶(俗称绿矾)从溶液中析出.

3.硫酸氧钛的水解沉淀

除铁后的硫酸氧钛溶液按下列反应进行水解:

TiOSO4+2H2O=====H2TiO3+H2SO4

从钛液中析出粒度均匀,大小复合要求的水合TiO2,是水解最重要的任务,最初确定硫酸法的工艺,水解主要是为了制备纯净的水合TiO2.随着钛白工业的发展,人们次啊逐步认识到,成品钛白的性质和水解有密切的关系,并使水解成为硫酸法最重要的工艺过程.

在水解过程中,偏钛酸晶体的形成与成长经过三个接单:显微晶核的形成;结晶核的长达与沉淀析出;以及随着水解过程的进行,已经沉淀的偏钛酸组成发生改变.

最初生成晶核的数量和它的生长速度决定着沉淀颗粒的大小.而晶核生成的数量与成长速度主要取决于水解时的温度和过程中溶液冷却的速度.