钛白粉

06 化教（1 ）班余关德20062401008
钛白粉
摘要：钛白粉的化学名称为二氧化钛，英文名为titania ，分子式Tio2 ，相对分子质
量为79.9。

基于钛白粉具有稳定的物理、化学性质，优良的光学、电学性质及优异的颜料性能，因此其用途也十分广泛！特别是颜料钛白粉，因其具有其他白色颜料无可比拟的多种优异功能，以致于问世以后，很快的取代了铅白、锌白、锌钡白等白色颜料，成为了白色颜料之王！由于它是白色和浅色最好的掩盖颜料和消色颜料，因此被广泛应用于需要着白色或浅色的涂料、纸张、塑料、油墨、橡胶等领域。

随着世界经济的发展和人类科技的进步，人们对钛白粉的认识越来越深，钛白粉的应用领域越来越广，钛白粉的市场续需求也越来越大，钛白粉有着极其宽广的发展和应用前景。

了解其发展情况、各种性质及生产方法意义重大！
关键词：发展概况物理性质、化学性质、晶体性质稳定性硫酸法氯化法
正文：
钛白粉的发展概况
发展史1824年，世界上开始了钛白粉的制备与性能的研究；
1916年于挪威建成了年产1000吨含25%TIO2的复合颜料厂，使之实现了工业化生产；1918年美国钛颜料公司成立(后为国家铅工业公司兼并)，并开始钛白粉的工业化生产；1923年法国采用稀释法晶种进行水解，生产出含96%-99%TIO2的颜料钛白粉；
1925年美国国家铅工业公司开始生产纯二氧化钛；
1930年麦克伦堡采用外加碱中和晶种法对消解制钛白粉的工艺作了改革；
1935年日本界化学工业公司开始生产锐钛型钛白粉；
1949年杜邦公司开始研究氯化法钛白粉工业规模的生产；
1951年加拿大魁北克铁钛公司采用高钛渣作硫酸法制钛白粉的原料取得成功，为钛白粉生产减少了废副产品提供了新的原料路线；
1956年杜邦公司开始用氯化法生产钛白粉。

钛白粉是高度密集型的化工产品，钛白粉生产要求高度集中，国外各公司间的竞争与吞并十分激烈，以至西欧、北美和日本三个地区的生产能力占全世界的80%左右，钛白粉的生产和销售受到他们的垄断，技术也被高度垄断，一般技术资料很少报道。

20世纪60年代是钛白粉的发展年代，70年代钛白粉水分散体（Ti O 2 ）问世，80年代以后，钛白粉进行了大兼收，大改组，生产越来越集中！
发展特点 1 生产高度集中，生产规模大。

2 质量好，品种多。

其中国外金红石型产品占百分之八十以上（中国不足百分
之三十）。

3 氯化法钛白粉生产发展迅速。

4 中国钛白粉发展物料消耗高，经济效益低。

钛白性质粉
晶体性质二氧化钛是多晶体化合物，自然界存在三种结晶形态，即金红石型、锐钛型和板钛型，它们的晶体性质是有差异的：板钛型属斜方精系，只存在于自然界的矿物中，数量极少，不稳定，650 C 时直接转化为金红石型；锐钛型属四方晶系，是以八方体形式出现，太原子位于八方体中心，被6氧原子环绕，每个锐钛晶包含有4个二氧化钛分子，以8个棱边相接，锐钛型在低温下很稳定，但温度达到610 C 时，便开始缓慢转化为金红石型，730 C 时高速转化，915 C 时完全转化金红石型，如果煅烧时加入金红石型促进剂，转化温度可能更低些，相反，如果加入金红石抑制剂，转化温度需更高；金红石型属四方晶系，是细长的成对孪生晶体，晶格中心有一个钛原子，其周围有6个氧原子，这些氧原子位于八面体的菱角处，以两个棱变相连，每个金红石晶体含有两个二氧化钛分子，其晶格较小而紧密，故是三种晶体中最稳定的一种，即使在高温下也不会发生分解，同时其折射率、硬度、介电常数和密度也是最高的。

物理性质钛白粉为白色粉末，性质稳定，不溶于水和许多其他溶质。

其三种不同晶型具有不同的性质。

物性金红石型锐钛型
结晶系四方晶系四方晶系
相对密度3.9~4.2 3.8~4.1
折射率2.76 2.55
莫氏硬度6-7 5.5-6
电容率114 31
熔点1858 高温时转变为金红石型
晶格常数A轴0.458, c轴0.795 A轴0.378, c轴0.949
线膨胀系数25℃/℃
a轴7.19X10-6 2.88？10-6
c轴9.94X10-6 6.44？10-6
热导率1.809？10-3
吸油度16～48 18～30
着色强度1650~1900 1200~1300
颗粒大小0.2~0.3 0.3
二、钛白粉的分级：
Ⅰ类：二氧化钛干磨和未处理，Ⅰ类二氧化钛具有低表面积和低吸油值。

Ⅱ类：为Ⅰ类二氧化钛经过处理，并进行湿法研磨，去除大颗粒，并用4%量的硅-铝包覆，它具有最低表面积和最低吸油值。

Ⅲ类：为典型的超细包覆级，并有有机包覆。

Ⅳ类：大包覆量，又可分为Ⅳa和Ⅳb，其包覆量在5~10%之间。

Ⅳb主要应用添加量高的二氧化钛中，因其不透明性优于Ⅳa
性能类型
ⅠⅡⅢⅣV
a b
TiO2%(最小) 97 93 92 91 82
密度/(g/cm3) 4.20 4.05 4.05 4.00 3.70
表面积/(m2/g) 6.6-7.7 12.0-12.8 11.0-18.0 17.7 28.8
吸油值/(g/100g二氧化钛) 15 19 15-19 24 30
含水/(g/100g二氧化钛) 40 30 30 35 55
分散性高中等中等高低
包覆%(铝/硅) 无3.5 3.6 4.9 13.0
三、金红石型在高能（较短波长）吸收辐射能较锐钛型大，换句话说，对于金红石型钛白粉，在具有很强杀伤力的UV-波长段内（350-400nm），它对紫外线的反射率要远远低于锐钛型钛白粉，在这种情况下，它对周围的成膜物、树脂等身上所要分担的紫外光线就要少得多，那么这些有机物的使用寿命就长，这就是说，为什么通常所说的金红石型钛白粉的耐候性要比锐钛型好之原因所在
四、相对密度：
在常用的白色颜料中，二氧化钛的相对密度最小，同等质量的白色颜料中，二氧化钛的表面积最大，颜料体积最高。

颜料名称相对密度/(g/cm3) 颜料名称相对密度/(g/cm3)
锐钛型二氧化钛3.8~3.9 硫酸铅6.4~6.6
金红石型二氧化钛 4.2~4.3 氧化锌5.5~5.7
板钛型二氧化钛4.12~4.23 锌钡白4.2~4.3
碱式碳酸铅6.8~6.9 硫化锌 4.0
五、熔点和沸点：
由于锐钛型和板钛型二氧化钛在高温下都会转变成金红石型，因此板钛型和锐钛型二氧化钛的熔点和沸点实际上是不存在的。

只有金红石型二氧化钛有熔点和沸点，金红石型二氧化钛的熔点为1850℃、空气中的熔点(1830土15)℃、富氧中的熔点1879℃，熔点与二氧化钛的纯度有关。

金红石型二氧化钛的沸点为(3200±300)K，在此高温下二氧化钛稍有挥发性。

六、介电常数：
由于二氧化钛的介电常数较高，因此具有优良的电学性能。

在测定二氧化钛的某些物理性质时，要考虑二氧化钛晶体的结晶方向。

例如，金红石型的介电常数，随晶体的方向不同而不同，当与C轴相平行时，测得的介电常数为180，与此轴呈直角时为90，其粉末平均值为114。

锐钛型二氧化钛的介电常数比较低只有48 。

七、电导率：
二氧化钛具有半导体的性能，它的电导率随温度的上升而迅速增加，而且对缺氧也非常敏感。

例如，金红石型二氧化钛在20℃时还是电绝缘体，但加热到420℃时，它的电导率增加了107倍。

稍微减少氧含量，对它的电导率会有特殊的影响，按化学组成的二氧化钛(TiO2)电
导率<10-10s/cm，而TiO1.9995的电导率只有10-1s/cm。

金红石型二氧化钛的介电常数和半导体性质对电子工业非常重要，该工业领域利用上述特性，生产陶瓷电容器等电子元器件。

八、硬度：
按莫氏硬度10分制标度，金红石型二氧化钛为6~6.5，锐钛型二氧化钛为5.5~6.0，因此在化纤消光中为避免磨损喷丝孔而采用锐钛型。

九、吸湿性：
二氧化钛虽有亲水性，但吸湿性不太强，金红石型较锐钛型为小。

二氧化钛的吸湿性与其表面积的大小有一定关系，表面积大，吸湿性高。

二氧化钛的吸湿性也与表面处理及性质有关。

十、热稳定性：
二氧化钛属于热稳定性好的物质
化学性质1钛白粉无毒，化学性质稳定，是化学惰性物质。

常温几乎不与其他物质反
应，对氧、氨、氮、硫化氢、二氧化硫都是稳定的。

不溶于水、脂肪、有机酸和弱有机酸。

2 与硫酸反应
在长时间煮沸的情况下，TiO2能溶于硫酸，生成硫化钛或硫酸氧钛，反应如下：TiO2 + 2H2SO4 = Ti(SO4)2 + 2H2O
TiO2 + H2SO4 = TiSO4 + H2O
其溶解速度常和钛白粉的煅烧温度有关，煅烧温度越高，则其溶越慢。

金红石型钛白粉
在高温下生成的，因此其难溶于热浓硫酸和热盐酸。

若煅烧温度低于700C，15min 左右
能溶于硫酸。

在钛白粉的生产过程中，测定钛白铁矿和成品或半成品的二氧化钛含量时，常用这种方法将其溶于浓硫酸中。

为了加速其溶解，可在硫酸中加入硫酸铵或碱金属硫酸盐，使其沸点升高或共同离子作用。

3 与某些硫酸盐的反应
TiO2 + 2KHSO4 = TiOSO4 + H2O
TiO2 + 4K2S2O7 = Ti(SO4)2 + 4K2SO4 + 2SO3
4 与卤素或卤素化合物反应
( 1 ) TiO2 + 2 F2 = TiF4 + O2
( 2 ) TiO2 + 6HF = H2TiF6 + 2H2O
( 3 ) TiO2 + 2 CL2 + 2C = TiCL4 + 2CO
这个反应就是氧化法钛白粉生产过程中，钛铁矿或富钛料氯化法制取TiCL4 的反应。

（4 ）TiO2 + 2 HCL = H2(TiO2CL2)
( 5 ) TiO4 + 4HCL + 2C = TiCL4 2CO + 2H2
( 6 ) TiO2 + 2 SOCL2 = TiCL4 + 2SO2
( 7 ) 2 TiO2 + 4 KF = K2TiO3 + K2( TiF4O )
5与无机酸、碱、盐的反应
（1 ）TiO2 + 4 Na OH = Na4TiO4 + 2H2O
( 2 ) 能溶于碳酸氢钾的饱和溶液中。

（3 ）可溶于热的硝酸和热的苛性钠中。

（4 ）除H F 外，不溶于其他酸。

6 与还原剂反应
（１）在700 ---- 1000 C 下2TiO2 + H2 = Ti2O3 +H2O
在2000 C 、15.2 M P a 氢气中TiO2 + H2 = TiO H2O
将金红型二氧化钛喷入等离子室中，呈细液体状的二氧化钛与氢气等粒子流接触
TiO2 + 2H2 = Ti +２Ｈ２Ｏ
（２）４ＴｉO2 + 4Na = Ti2O3 + TiO + Na4TiO4 ( 钠蒸汽)
( 3 ) 3TiO2 + 4AI = 3Ti + 2AI2O3 （高温、真空）
( 4 ) TiO2 + 2CaH2 = TiH2 + 2CaO + H2
（ 5 ）TiO2 + C = TiO + CO
TiO2 + C = TiC + 2CO (1800 C )
( 6 ) 3TiO2 + Ti = 2Ti2O3
TiO2 + Ti = 2TiO
7与有机物反应
4 TiO2 + CH4 = 4TiO + CO2 + 2H2O ( 1000 C )
TiO2 + CCL4 = TiCl4 + CO2 ( 大于300C )
TiO2 + C6H4(CCl3)2 = TiCl4 + C6H4(COCl)2
TiO2 + C2H5OH = TiO + C2H4 + H2O
TiO2 + 2C2H5OH = Ti + 2C2H4O + 2H2O
8TiO2 的化学活性
悬浮在某些有机介质中的TiO2 ，在光和空气的作用下，可循环地被氧化与还原，而导致的被氧化，这是一种光的化学活性。

在紫外线照射下，锐钛型钛白粉尤其明显。

这一性质使钛白粉成为某些反应的有效催化剂，它既是某些无极化合物的光致氧化催化剂，又是某些有机物的光致催化还原剂。

钛白粉的制法
1 硫酸法
（1）钛矿的处理将原矿处理成符合要求的的矿粉，包括选矿、富集和粉碎。

（2）钛液的制备将钛粉与硫酸反应，加水和废液进行浸取，再加铁屑进行还原，制得符合下工段要求的钛液。

（3 ）钛液的净化主要通过残渣沉降、绿矾结晶与分离、板框压滤、钛液浓缩等工序除去钛液中的固体杂质和大部分可溶性杂质，并调整钛液的浓度。

（4）钛液的水解主要通过钛液中的钛通过水解反应，生成偏钛算沉淀，包括制晶种和钛液水解。

（ 5 ）将偏钛酸与母液分离，并洗去可溶性非钛物质，加硫酸和还原剂进一步除去铁等杂质，提高其白度，再加盐处理剂改善产品的颜料性能。

（ 6 ）偏钛酸的煅烧与粉碎通过煅烧脱水、脱硫、晶型转化、，并通过粉碎而达到符合质量要求的成品和半成品。

（7 ）钛白粉的处理通过水选、包膜、洗涤、干燥、超微粉碎、包装等程序使产品达到不同品种的要求。

2氯化法
（1 ）钛铁矿的富集将钛铁精矿先制成高钛渣或人造金红石等富钛料，使TiO2提高到90%以上。

（2 ）富钛料的氯化制备TiCl4 将高钛渣或人造金红石或天然金红石磨碎，然后
送入密闭的氯化炉与石油焦混合，在高温下通入氯气进行氯化：
TiO2 + C + 2Cl2 = TiCl4 + CO2
( 3 ) TiCl4的精制在生成TiCl4的同时，高钛渣或人造金红石的杂质也被氯化，因而冷凝得到的粗TiCl4再经过滤和精馏才得到精TiCl4。

（4 ）在1200C 以上使精TiCl4在氧化炉氧气进行氧化而生成TiO4 和氯气。

其中加入AlCl3作晶型转化剂及成核剂，生成的氯气氯化工序再用。

TiCl4 + O2 = TiO2 + 2Cl2
4AlCl3 + 3O2 = AL2O3 + 6Cl2
( 5 ) 初级钛白粉的处理将粉碎得到的钛白粉进行脱氯，然后加入分散剂进行湿磨分级，将达到要求的的细粒进行包裹、水洗、超微粉碎、包装，即为金红型钛白粉。

参考文献
[ 1 ] 陈朝华编著。

钛白粉生产技术问答。

北京：化学工业出版社，1998
[ 2 ] 唐振宁编。

钛白粉的生产与环境处理。

北京：化学工业出版社，2000
[ 3 ] 李易东。

中国钛白工业发展展望。

涂料工业，2001，11
[ 4 ] 杨宗志。

粉体粒度对涂料性能的影响。

现代涂料与涂装，2002，6
[ 5 ] 邓捷等编著。

钛白粉应用手则。

北京：化学工业出版社，2003
[ 6 ] 阳露波。

金红石纳米TiO2在涂料中的应用研究。

钢铁钒钛，2003，6
[ 7 ] 毕胜。

中国二氧化钛工业的生产和市场现状。

钛白情报通讯，2003，10
[ 8 ] 毕胜。

中国二氧化钛和钛矿工业的形势和发展分析。

钛白，2004，11
[ 9 ] 陈朝华。

谈钛白粉生产的安全技术问题。

中国涂料，2004，2
[10 ] 毕胜主编。

新编国内外钛白粉实用手册。

国家化工行业生产力促进中心钛白分中心，2004
[ 11 ] 魏绍东。

纳米二氧化钛的现状与发展。

中国涂料，2005，2
[ 12 ] 陈朝华，刘长河编著。

钛白粉生产和应用技术。

北京：化学工业出版社，2005，8。