钛白生产(prociuction of titanium white)
以钛铁矿精矿、金红石或富钛料为原料制取钛白的过程。钛白即二氧化钛，分子式为TiO2，其化学性质稳定，并具有优良的光学和颜料性能，广泛用于涂料、造纸和塑料等工业部门，是一种重要的钛产品。钛资源开采量的90％用于生产钛白，工业生产方法有硫酸法生产钛白和氯化法生产钛白两种。为使颜料用的TiO2具有优良的性能，需进行颜料钛白的表面处理。
1910年挪威的杰布森(．1ebsen)等人研究用硫酸法生产TiO2获得成功，1916年在挪威建成第一个硫酸法生产钛白的工厂。该厂年产1000t复合颜料，颜料含TiO2 25％。美国国家铅业公司(National Lead Industries)在1925年开始生产纯TiO2。此后，钛白生产工艺不断改进，产品质量超过其他白色颜料。1956年后加拿大魁北克铁钛公司(Quebec Iron and Titanium Corporation)以含总TiO2 70％～72％的钛渣用作硫酸法生产钛白的原料，1983年后又采用含总TiO2 80％的钛渣，由于原料的Ti0。含量高，从而大幅度减少生产中的硫酸耗量和生成的废副产物。20世纪50年代末，美国杜邦(DuPontCo)公司首先在工业上采用氯化法生产钛白的方法。由于该法产品质量高，生产能力大，技术先进，而获得迅速发展。1990年中期世界钛白年生产能力已达339．3万t，其中氯化法钛白占43．7％。中国于1956年开始生产硫酸法钛白，90年代初已形成10万t／a的生产能力。
二氧化钛性质 主要包括TiO2的晶形结构与物理性质、化学性质和光学性质等。
晶形结构与物理性质 TiO2有三种结晶形态，即板钛型、锐钛型和金红石型，其中板钛型TiO2只存在于自然界的矿石中。人工制取的TiO2仅有金红石型和锐钛型，其晶格特征列举于表1。
金红石型是TiO2最稳定的结晶形态，结构致密，其硬度、介电常数与折射率均比锐钛型高(表2)。锐钛型TiO2在常温下稳定，在高温下则转化成金红石型。
表l二氧化钛的晶格特征
锐钛型 正方
正方 针形
锥形 a=O．458nm，c=O．295nm
a=O．378nm，c=O．949nm O．1959
O．1946
晶型
密霞%26rho;／
堆密度%26gamma;／
莫氏硬度
折射率
介电常数
电导率%26gamma;／s%26middot;m-1
熔点T／K
沸点T／K
kg%26middot;m-3
kg%26middot;m-3
室温
1273K
金红石型
锐钛型
4200
3900
700～800
600～700
6．O～7．O
5．5～6．O
2．71
2．52
114(293K)
48(293K)
10-11～
10-12
12
2133
高温下转为
金红石型
约3273
化学性质 二氧化钛无毒，是一种化学性质十分稳定的两性(偏酸性)氧化物。它在常温下几乎不与其它元素及化合物作用，不溶于水、盐酸、硝酸，微溶于氢氧化钠和热硝酸，但可溶于长时间处于沸腾状态的浓硫酸和氢氟酸中。在浓硫酸中加入硫酸铵，可加快TiO2溶解。TiO2溶于熔融的。NaOH或KOH中，与碱金属的碳酸盐熔融可生成钛酸盐。TiO2不与大气中的CO2、N2、O2、H2S、SO2和NH3等作用；在没有还原剂存在时，即使在2073K的高温下也不与Cl2作用。
光学性质 主要指二氧化钛的折射率、着色力、遮盖力、散射力、白度和耐候性等。
(1)折射率、着色力和遮盖力。由于TiO2的折射率比其他白色颜料都高，并与涂料介质之间的折射率相差很大，所以二氧化钛有很高的遮盖力和着色力(表3)。表3列举的遮盖力数值系指涂盖每平方厘米物体表面时需用颜料的最低克数。
(2)散射力。是白色颜料最重要的物理性质。当颜料的粒径为入射光波长的一半时，颜料对光的散射能力最大。所以，锐钛型或金红石型钛白的粒度都要控制在0．2～0．4um之间，才具有大的光散射力，颜色显得更白。
(3)白度。影响TiO2白度的因素主要有成品中杂质的种类及含量、颗粒与外形、粒度大小与分布、晶形等，故对钛白的粒度和杂质含量有严格要求。表4列出钛白中主要杂质允许含量的上限。
表3常用白色颜料的折射率、着色力和遮盖力
锐钛型二氧化钛Ti02
硫化锌ZnS
氧化锌ZnO
氧化铅PbO
锌钡白ZnS%26middot;BaSO4 2．71
2．52
2．37
2．03
1．99
1．84 1650～1700
1200～1300
660
300
100
260 40
45
-
110～140
130～200
130～140
氧化物
Fe2O3
Cr203
Co0
Ce02
MnO
V2O5
PbO
含量(质量分数%26omega;)／％
3%26times;10一3
15%26times;10-5
7%26times;lO-4
15%26times;10-4
3%26times;10一3
7%26times;10-3
1%26times;10 -2
(4)耐候性。是指颜料在日光曝晒下，能抵抗大气的作用，避免发生黄变、失光和粉化的能力。TiO2由于晶格缺陷，表面有许多活化点，经紫外线照射，可释放出原子氧，造成基料中高分子链的断裂和降解，使漆膜破坏。为此，钛自在使用之前必须经过表面包膜改性处理，以降低其光化学活性，提高耐候性。
用途 钛白具有一系列优良性能，已在涂料、塑料、造纸、化纤、橡胶、油墨、搪瓷、电子陶瓷、电焊条以及冶金等工业部门得到了广泛的应用。世界钛白的年消费量，在1979～1989年间已由215．8万t增至306．9万t，其消费结构按1988年计，涂料占57％，塑料占17％，造纸占14％，油墨3％，其他9％。
产品规格 各应用部门对TiO2性能的要求不尽相同，为满足不同用途的需求，钛白的品种、牌号繁多，一般按晶型、表面处理剂和抗粉化性能分类，表5列出了美国和日本钛白的规格。中国颜料级钛白的国家标准列举于表6。
表5钛白的规格
规 格
种 类
Ti02最低含量
(质量分数%26omega;)／％
处理剂
抗粉化性
F．S(美国联邦规格)
TT%26mdash;P%26mdash;00442a
I型(A)①
Ⅱ型(R)②
Ⅲ型(R)
Ⅳ型(R) 95
96
9D
93
Al
A1、Si
Al、Si、Zn 极易粉化
半抗粉化
抗粉化
高抗粉化
JIS(日本工业规格)
K一5116%26mdash;1973
锐钛型1类
锐钛型2类
金红石型1类
金红石型2类
金红石型3类
金红石型4类 98
95
92
92
92
82
Al或Al、si
Al
Al、Si
Al、si、zn或Al、zn
Al、Si
颜色(与标样比)
消色力(与标样比)／％
378K挥发分(验收时)(质量分数%26omega;)／％
经296K%26plusmn;2K及相对湿度(50士5)％预处
理24h后378K的挥发分(质量分数w)／％
水可溶物(质量分数%26omega;)／％
水悬浮液pH值
吸油量／g
45b%26mu;m%26middot;筛余物一(质量分数%26omega;)／％
水萃取液电阻率%26rho;／%26Omega;%26middot;m %26ge;98
不低于
%26ge;100
%26le;0．5
%26le;O．5
%26le;0．4
6．O～8．O
%26le;26
%26le;O．1
%26ge;1．6%26times;lO %26ge;97
近似
%26ge;90
%26le;O．5
%26le;O．5
%26le;0．6
6．O～8．5
%26le;30
%26le;O．3
%26ge;1．6%26times;10 %26ge;94
不低于
%26ge;100
%26le;0．5
%26le;O．5
%26le;O．2
6．O～8．O
%26le;26
%26le;0．1
%26ge;O．5%26times;100 %26ge;92
近似
%26ge;90
%26le;O．8
%26le;O．8
%26le;O．5
6．O～8．O
%26le;30
%26le;O．3
%26ge;O．5%26times;100 %26ge;92
不低于
%26ge;100
%26le;1．O
%26le;1．5
%26le;O．5
6．5～8．O
%26le;26
%26le;0．1
%26ge;O．5%26times;100 %26ge;90
近似
%26ge;90
%26le;1．O
%26le;1．5
%26le;O．6
6．O～8．O
%26le;30
%26le;O．3
%26ge;O．5%26times;100
①不经表面处理的锐钛型钛白；②经表面处理的锐钛型钛自；③经表面处理的金红石型钛白。
生产方法比较钛白的工业生产方法有硫酸法和氯化法两种。硫酸法的生产工艺成熟、设备简单，缺点是生产流程长、对环境污染严重；氯化法生产技术先进，生产能力大，产品质量高，其白度和粒度分布范围窄均优于硫酸法钛白，氯气可循环利用，废污物量少。
20世纪70年代以来，世界氯化法钛白产量所占的比重不断上升，1970年占钛白总生产能力的23％，1978年为28％，1982年为34％，80年代末已超过40％。钛白的消费量将持续增长。在钛白生产中，硫酸法在今后一段时期内仍将占有重要地位，但优先发展氯化法钛白则是必然的趋势。
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