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鈦白粉的化學名稱為二氧化鈦,英文名稱為titanium dioxide或titania。商用名稱為鈦白粉,分子式為TiO2,相對分子質(zhì)量為79.9。
基于鈦白粉具有穩(wěn)定的物理、化學性質(zhì),優(yōu)良的光學、電學性質(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,因此被廣泛地應用于需要著白色或淺白色的涂料、紙張、塑料、油墨、橡膠等領域。隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展和人類科技的進步,人們對鈦白粉的認識將越來越深,鈦白粉的應用領域?qū)⒃絹碓綇V,鈦白粉的市場需求將越來越大,鈦白粉有著及其寬廣的發(fā)展和應用前景。
鈦白粉在各個方面的消費增長率都與國民經(jīng)濟總產(chǎn)值成正比,因此經(jīng)濟學家把鈦白粉消費量的多少,作為衡量一個國家經(jīng)濟發(fā)展水平和人民生活水平高低的一個重要標志。
我國蘊藏著極其豐富的鈦礦資源,這得天獨厚的鈦礦,是發(fā)展鈦白粉生產(chǎn)雄厚的物質(zhì)基礎,目前,我國鈦白粉工業(yè)得到很大發(fā)展,生產(chǎn)能力僅次于美國,已躍居世界第二位。
氯化法被認為是當今鈦白粉制取技術的發(fā)展趨勢,在利用該技術生產(chǎn)鈦白粉時,需要將其生產(chǎn)流程分成三個階段:氯化階段、氧化階段以及后處理工段。
氯化階段
在氯化階段,首先,高純度的焦炭要與礦石混合,在高溫作用下,二者會與氯氣形成化學反應,并生成鈦氯化物,但此類物質(zhì)的雜質(zhì)較多,屬粗狀TiCl4。然后,借用化學處理劑或蒸餾法將粗狀TiCl4進行多種離子的去除工作,其離子包含鉻錳鐵釩,使四氯化鈦變得更為純凈,轉(zhuǎn)變成為精制的四氯化鈦。
氧化階段
在經(jīng)過了氯化工段之后最終得到精制TiCl4,還需要經(jīng)過一定的氧化才能夠最終得到對應的二氧化鈦。將得到的精制TiCl4,以及氧氣和成核劑等一系列反應物共同加入反應器之中,然后對其工作的環(huán)境溫度進行調(diào)節(jié)和提高,進一步地發(fā)揮氧化工段的效果和作用。最后通過低溫的循環(huán)氯氣來將其驟冷至700℃以下,再利用管路冷卻到200℃,這時候的氯氣中就會存在一定量的二氧化鈦,將二氧化鈦進行分離并且通過脫氯處理將其收集,從而進入到后處理工段中。
后處理階段
TiCl4在實行氣相氧化以后,要進一步處理其粗狀的TiO2,在對其脫氯后,應繼續(xù)處理與打磨其表面與球磨。當前國內(nèi)一般的鈦白粉后處理工藝流程如圖1所示:
采用氯化法進行鈦白粉的產(chǎn)品生產(chǎn)能有效縮短生產(chǎn)時間,減少其工藝控制點,由于能連續(xù)生產(chǎn),其產(chǎn)品生產(chǎn)的效率較高,控制能力強。氯化法的控制方式為自動控制,其并不會產(chǎn)生污染物,可有效降低環(huán)境污染,與此同時,此類鈦白粉產(chǎn)品的質(zhì)量具有較強的穩(wěn)定性,其雜質(zhì)較少,且消色力大,在其粒徑均一的情況下,還有較強的分散性,因此,應用此方式生產(chǎn)鈦白粉產(chǎn)品能有效降低生產(chǎn)成本,促進該行業(yè)的經(jīng)濟效益。
最早應用硫酸法的時間在1918 年,當前其生產(chǎn)方法已較為成熟,其主要的原料為酸溶性鈦渣或鈦鐵。
該方法的流程為硫酸法是用硫酸分解鈦礦成TiOSO4, 經(jīng)凈化、濃縮后,鈦液水解成 TiO2·H2O,水解產(chǎn)物經(jīng)洗滌、過濾、煅燒后再進行表面處理,并適時開展分離與除雜工作,進而得到完整的鈦白粉產(chǎn)品。
有三種鈦白粉會采用硫酸法,其分別為二氧化鈦產(chǎn)品、銳鈦類鈦白粉與金紅石類鈦白粉,其生產(chǎn)過程中主要分為酸解、浸取、水解及煅燒等階段。其生產(chǎn)工藝流程圖如圖2所示:
圖2硫酸法鈦白粉生產(chǎn)工藝流程圖
鈦白粉在生產(chǎn)過程中采用硫酸法的優(yōu)勢較多,其一,該方法采用的原料為酸溶性鈦渣或鈦鐵,不但較易獲得而且價格低廉,因而生產(chǎn)成本不高。其二,硫酸法的應用歷史較早,其生產(chǎn)方法較成熟,且應用的設備簡單,具有較強的可復制性,同時,由于多項技術的完善,使其在產(chǎn)品生產(chǎn)上也取得較好的效果。但硫酸法的劣勢在于其生產(chǎn)的時間長,且產(chǎn)品質(zhì)量也正處在進步的過程中,由于水與硫酸的消耗量較大,會衍生出較多的副產(chǎn)物與廢物,從而造成環(huán)境污染。