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一文了解钛白粉生产工艺
2021/07/01 点击 3566 次

中国粉体网讯  钛白粉学名二氧化钛(TiO2),具有稳定的物理、化学性质,优良的光学、电学性质,以及优异的颜料性能,是目前用途最广、应用效果最好的白色颜料,有着白色颜料之王的美誉。


 

图片来源:中核钛白


钛白粉生产方法有硫酸法、氯化法、盐酸法等,本文主要介绍这三种生产方法。


1 氯化法钛白粉生产工艺流程


氯化法被认为是当今钛白粉制取技术的发展趋势,在利用该技术生产钛白粉时,需要将其生产流程分成三个阶段 :氯化阶段、氧化阶段以及后处理工段。


1.1 氯化阶段


在氯化阶段,首先,高纯度的焦炭要与矿石混合,在高温作用下,二者会与氯气形成化学反应,并生成钛氯化物,但此类物质的杂质较多,属粗状TiCl4。然后,借用化学处理剂或蒸馏法将粗状TiCl4进行多种离子的去除工作,其离子包含铬锰铁钒,使四氯化钛变得更为纯净,转变成为精制的四氯化钛。


1.2 氧化阶段


在经过了氯化工段之后最终得到精制TiCl4,还需要经过一定的氧化才能够最终得到对应的二氧化钛。将得到的精制TiCl4,以及氧气和成核剂等一系列反应物共同加入反应器之中,然后对其工作的环境温度进行调节和提高,进一步地发挥氧化工段的效果和作用。最后通过低温的循环氯气来将其骤冷至700℃以下,再利用管路冷却到200℃,这时候的氯气中就会存在一定量的二氧化钛,将二氧化钛进行分离并且通过脱氯处理将其收集,从而进入到后处理工段中。


1.3 后处理阶段


TiCl4在实行气相氧化以后,要进一步处理其粗状的TiO2,在对其脱氯后,应继续处理与打磨其表面与球磨。当前国内一般的钛白粉后处理工艺流程如图1所示:

氯化法特点


采用氯化法进行钛白粉的产品生产能有效缩短生产时间,减少其工艺控制点,由于能连续生产,其产品生产的效率较高,控制能力强。氯化法的控制方式为自动控制,其并不会产生污染物,可有效降低环境污染,与此同时,此类钛白粉产品的质量具有较强的稳定性,其杂质较少,且消色力大,在其粒径均一的情况下,还有较强的分散性,因此,应用此方式生产钛白粉产品能有效降低生产成本,促进该行业的经济效益。


2 硫酸法钛白粉生产工艺流程


最早应用硫酸法的时间在1918 年,当前其生产方法已较为成熟,其主要的原料为酸溶性钛渣或钛铁。该方法的流程为硫酸法是用硫酸分解钛矿成TiOSO4, 经净化、浓缩后,钛液水解成 TiO2·H2O,水解产物经洗涤、过滤、煅烧后再进行表面处理,并适时开展分离与除杂工作,进而得到完整的钛白粉产品。有三种钛白粉会采用硫酸法,其分别为二氧化钛产品、锐钛类钛白粉与金红石类钛白粉,其生产过程中主要分为酸解、浸取、水解及煅烧等阶段。其生产工艺流程图如图2所示:

 

图2 硫酸法钛白粉生产工艺流程图


硫酸法特点


钛白粉在生产过程中采用硫酸法的优势较多,其一,该方法采用的原料为酸溶性钛渣或钛铁,不但较易获得而且价格低廉,因而生产成本不高。其二,硫酸法的应用历史较早,其生产方法较成熟,且应用的设备简单,具有较强的可复制性,同时,由于多项技术的完善,使其在产品生产上也取得较好的效果。但硫酸法的劣势在于其生产的时间长,且产品质量也正处在进步的过程中,由于水与硫酸的消耗量较大,会衍生出较多的副产物与废物,从而造成环境污染。


3 盐酸法钛白粉生产工艺流程


当钛白粉产品的原料为钛铁矿时可采用盐酸法,盐酸法钛白粉的生产过程主要包括酸解、还原、结晶、萃取、水解、煅烧、破碎以及盐酸回收等工序。金红石类钛白粉最常应用盐酸法,此类原料的颗粒较松软,且粉碎性强,其整个生产流程都会完成在含氯介质内部。其工艺流程示意图如图3所示。

 

图3 盐酸法钛白粉生产工艺流程示意图


盐酸法特点


与硫酸法和氯化法相比,盐酸法钛白粉具有独特的优势。该工艺在钛白粉制备过程中产生的副产物氯化亚铁和氯化铁可以通过热水水解转化为氧化铁加以利用,同时生成的盐酸可以返回钛白粉生产主线中,这样既降低钛白粉的生产成本,也避免了因硫酸法生产过程中的副产物硫酸亚铁无法处理而带来的环保压力; 盐酸法可以采用普通钛铁矿作为原料进行生产,与对原料要求较高的氯化法相比,在原料选择方面,具有一定的优势。


但盐酸法也存在缺点,当盐酸体积分数在35% 以下时,则盐酸溶解的速度就会有所下降,影响产品生成的质量,同时,当其挥发温度处在较低的状态时,会给设备带来较大的腐蚀性,且此类缺陷较难很快改善,因此,在工业生产中盐酸法的应用范围较窄。


小结


除上述硫酸法、氯化法、盐酸法制备钛白粉外,钛白粉制备工艺还包括混合法、磷酸法、硝酸法等。目前,工业制备钛白粉的方法主要是硫酸法和氯化法,其他的方法均因设备腐蚀严重、副产物多且难以处理、三废污染大、能耗高等问题而无法实现工业化生产。


随着技术水平的不断提升,钛白粉行业飞速发展,对于产品的要求更是精益求精,技术人员需大力发展钛工艺的生产技术,加大相关产品的研究与开发,不断整合钛白粉的生产与应用方法,借助国内外的钛资源,在实践中大胆创新,争取早日实现钛白粉生产技术上的突破。


参考来源:

【1】苗委然.氯化法钛白粉的生产工艺与技术经济探究.工艺与设备.2021年.

【2】娄晓杰.钛白粉的生产及应用现状.化工管理.2020年.

【3】王永珊,等.金红石型钛白粉后处理工艺技术分析.工艺与设备.2021年.

【4】唐勇,等.盐酸法钛白粉生产工艺.氯碱工业.2014年.

【5】廖鑫,等.钛白粉制备技术的研究及发展.粉末冶金技术.2019年.

(中国粉体网编辑整理/星耀)

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(来源:中国粉体网)


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