硫酸法制钛白(文献综述)
指导教师:邱贵宝
冶金工艺设计与研究 课程报告 专业冶金工程 姓名张超 学号 20093530 2012年12月7日
硫酸法制钛白
一、题目研究的目的和意义
二氧化钛是钛系的最重要产品之一,也是一种重要的化工原料,与国民经济有着密切关系。钛资源的百分之九十是用于制造二氧化钛,二氧化钛消耗量的多少可以衡量一个国家生活水平的高低。
二氧化钛俗称钛白.因为它不但物理化学性质十分稳定,而且还具有优良的光学、电学特性和卓越的颜料性能,是当前一种最佳的白色颜料。它的一些其他特性,也使它在现代工业、现代农业、现代国防和现代科学技术方面得到了越来越广泛的应用。
硫酸法是钛白生产的一个极其重要的方法,非常值得大家去了解。通过该题目的讲解和讨论,有助于大家对硫酸法制钛白的基本原理以及应用现状的理解。
二、题目研究发展趋势
硫酸法的产品性能可与氯化法相媲美,在经济上仍暂占优势,世界上约有百分之七十的钛白仍采用硫酸法来生产(美国例外) 。从产生到现在,硫酸法生产钛白虽然有成百上千个专利和改进,但其基本工艺仍未摆脱刚实现工业化的雏型。
今后硫酸法有无生命力,有赖于它的经济性、环境保护措施及产品质量的进一步提高。
三、题目主要研究内容
我的题目是硫酸法制钛白。硫酸法是生产二氧化钛的传统方法,在此是我所搜集的资料。资料的编排是按硫酸法的制取流程来整理的。
1、概述
从历史看,曾有过固相法、两相法、液相法和加压法等,但在工业上以固相法为主。固相法的流程,是在二十~三十年代所确定的。几十年来虽然作了不少研究与改进,除在五十年代后期增添了以表面处理为目的的后处理流程外,其主流程几乎没打什么根本性的改革。这一基本工艺流程至今仍是硫酸法生产二氧化钛的主要方法,只是在各工序间所采取的工艺条件、控制手段,以及相应的化工单元操作,不同的企业各有其不同的特色罢了。 硫酸法生产二氧化钛的整个流程可分为五大步骤和十大环节。五大步骤是:原矿准备,钦的硫酸盐溶液的制备:水合二氧化钛的制备,水合二氧化钛的煅烧;二氧化钦的后处理。十大环节是:干燥、磁选与磨矿,酸解,净化;浓缩:晶种与水解,水洗、漂白与漂后水洗;盐处理;煅烧,后处理;废副产品的回收、处理和利用。
2、含钛矿石及其富集方法
钛是分布很广的元素之一,它在地壳中的含量约为0.6%,多于碳、硫、氯。以二氧化钛的形态存在的含钛矿物多达60种以上,其中金红石矿、钛铁矿、钙钛矿和钒钛磁铁矿是最重要的含钛矿物。硫酸法生产钛白用到金红石,钛铁矿,钛磁铁矿。
金红石矿是氯化法生产汰白粉和金属钛工业的原料,业已发现的储量有限,仅在澳大利业、南部非洲等地区有较大的贮量。
钛铁矿又名含钛铁矿或尖钛铁矿,是硫酸法生产钛白粉的原料,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。钛铁矿少量呈粒状,多数呈针片状固溶体分离结构存在于磁铁矿中,前者对选矿是有利的。后者给选矿带来了因难。一般用机械方法不能把它们分离出来,其选矿是复杂的。
原矿准备大致分三步。首先是干燥,通过加热等方法脱水除去矿砂中所含水分。接着进行选矿,利用各矿物组成的物理化学性质差异分离掉钛铁矿中的有害杂质。最后是磨矿,按照酸解的工艺要求,将矿砂粉碎至一定的细度。
1、手选(光电选) 通常用于钛矿石的粗选,根据矿石的颜色、光泽、粒度、品型的不同,初步将石英等脉石除去。
2、重选用于钛铁矿的粗选,也用于租精矿的选分。含钛矿物的比重一般都大于4,所以来用重选法可将50一60%比重小于3的长石、石英等脉石矿物除去。在铁铁矿砂矿矿床中,一般有大量的砂土,而钛铁矿的比重比砂土大,所以采用流水反复冲洗的方法,比重小的砂土能随水流去,而选分得到含量较高的钛铁矿砂,采用这种方法可使原矿矿砂的重砂组分由4%提高到90%。但经过重选后的铁铁矿砂仍含有与钛铁矿砂比重相近的锆英石、独居石、金红石、锡石、磁铁矿、铬铁矿等矿物及一些脉石。
3、磁选在含钛矿物的精选中被广泛采用。它是利用矿物颗粒磁性的差别来选分的方法。在含钛粗矿中,常见矿物的磁性由强到弱变化的顺序如下:磁铁矿>铁铁矿>赤铁矿>石榴石>黑云母>独居石,而金红石为非磁性矿物。从钛铁矿选矿实例得知,经几次磁选的钛铁矿组成仍然十分复杂,通常有石榴石、锆英石、电气石等.磁选效果与磁场强度、电流、温度的影响关系甚大。通常采用干式磁选机来选别钛铁矿。
4、电选也是钛精矿精选的重要手段,它是根据矿物在高压电场内电性的不同而进行选分的一种方法。有静电选矿机.电晕选矿机等。利用两种矿物的整流性不同,或它们的分选电位差值超过3800伏时,用静电选矿机选分。
5、浮选是利用收集剂(捕收剂) 、抑制剂(调整剂) 、起泡剂来处理矿砂,由于各组分对空气和水界面上浸湿度的不同,产生有选择地附着,将钛铁矿与其他矿物分离。捕收剂和调整剂的选择、酸处理的条件、充气性质、矿浆的PH 值等对浮选效果都有影响。
6、化学处理有焙烧法、药剂浸出法、混汞法和氰化法等,钛矿物常用焙烧法和药剂浸出法,使含钛的岩浆岩矿物选分及制取富钛料。
3、钛液的制备
从含钛精矿制备二氧化钛的溶液,第一步是制备含钛溶液。即设法使精矿中的有用组分转变成可溶性状态,或易于反应的状态,或使精矿破坏分解为较简单的化合物.然后制成含钛溶液而与各种杂质分离。这种手段,通称为精矿的分解。
钛铁矿的分解既可采用高温反应的火(干) 法.又可采用低温反应的湿(水) 法。在工业生产上,现在都以湿法为主.而且采用的依然是1936年就实现工业化的硫酸法。
从硫酸法的历史沿革看,曾出现过五种方法:液相法,固相法,两相法,加压法和连续法。前三者的划分主要依据参与反应的硫酸的浓度和最终反应产物的状态。后两者则以工艺特点来区分的。
液相法使用55—65%硫酸,整个反应在液相进行,直接得到钛液。两相法用65—80%硫酸来分解钛铁矿,两者混合加热,主反应有沉淀析出,所得产物呈糊状,加水浸取后,生成悬浮溶液。此两法反应时间长,耗用硫酸量较大,钛铁矿分解率低.放未在工业上采用。 固相法采用了浓硫酸,反应温度高,反应程度激烈.所得产物为固相物。由于此法酸耗低,能员消耗小,反应迅速、钛铁矿分解率高.设备生产强度大,所得钛液的酸比值低,钛液水解容易进行,因此成为当今生产的传统酸解方法。
加压法的优点,是可使用20一50%浓度的稀硫酸作为反应剂,但需要耐高压的设备.反应温度在180一300℃之间。所选用的矿石,多为钛铁矿经预处理后所得的易溶于硫酸的富钛料和高钛渣。产物为固相物。
连续法系采用发烟硫酸和20%稀酸的温酸为反应剂,先形成半流体状的反应物,然后在高温下固化,所得产物为粉状或粒状固休.此法对钛铁矿粉细度要求最高。
加压法和连续法由于工艺、设备、选材等难度较大,故尚未广泛采用。
采用硫酸来分解钛铁矿的主要依据是:钛铁矿的主要化学组分是偏钛酸亚铁.这是一种弱酸弱碱盐,能与强酸反应,反应基本上是不可逆的.井能进行得比较完全。若与过量的酸作用,就可以生成可溶性的钛盐(包括Ti+4和TiO+2的盐) 。矿中所含的某些矿分和氧化物、硫化物、砷化物、磷酸盐等也被硫酸分解,可利用溶液特性,采用化学或物理的手段,有效地把铁、硅、锰、钮、铬等元素与钛分离,制得纯净的成品。酸解反应是放热反应,最高温度可达250℃,采用高沸点的硫酸(沸点338℃) 才能适应这一要求。反应方程式:
从反应式可看出,钛铁矿中的钛与硫酸反应可生成钛化物:正硫酸钛Ti(S04)2,与硫酸氧钛TiOSO4。在实际过程中很难确定反应究竟按何式进行或同时进行,这要由具体操作条件而定。一般地说,硫酸过量得越多,便越有利于反应(1)的进行。当然,一些其他条件(如温度等) 对此亦有影响。
反应还生成高铁和亚铁的硫酸盐,它们都可能发生水解反应而生成相应的碱式硫酸盐或氢氧化物沉淀:
但是,它们开始水解时的pH 值是不同的。亚铁离子在酸性溶液中是稳定的,当PH 大于4.5时才开始水解;而高铁离子则在pH 为2的酸性溶液中就开始水解而析出沉淀,因此在以后钛液的水解或水合二氧化钛的水洗时.高铁的沉淀物就会与水合二氧化钛混在一起,无法洗除而进入成品中,严重影响质量。为了防止这一倾向,须将钛液中的高铁离子还原为亚铁离子。从氧化还原反应的电极电位数来看,氧化型的氧化能力递增顺序为Fe+2<Ti+4<Fe+3,还原型的还原能力递增顺序为Fe+2<Ti+3<Fe(零价) <Zn (零价)<Al (零价)。因此只要以Ti 、Fe 、zn 或A1为还原剂.便能将Fe+3还原为Fe+2。从经济价值和来源易得考虑,常用质量较纯的废铁屑。当含钛溶液中加入铁屑后,它首先与氧化性强的Fe+3
反应,将其
还原为Fe+2,待溶液中Fe+3全部被还原后,它再与Ti+4反应生成Ti+3。为了保证Fe+3的全部被还原,同时防止在以后的过程中重新被氧化,应该使Fe+3的还原略为过量,即在溶液中保持一定量的Ti+3。只要溶液中有Ti+3的紫色存在,就可以防止Fe+2的被氧化,因为只有当Ti+3消失后,Fe+2才有可能被氧化成Fe+3。
总体上,钛的硫酸盐溶液的制备,由以下工艺过程组成:钛铁矿粉加硫酸分解(俗称酸解) ;固相物加酸性水浸取;三价铁还原成二价铁;钛的硫酸盐溶液的澄清;钛的硫酸盐溶液的冷冰;硫酸亚铁(F eS0`7H 2O) 分离;钛的硫酸盐溶液的精制(俗称控制过滤) ,钛的硫酸盐溶液的浓缩。
4、钛液的净化
从钛铁矿用硫酸酸解制备所得的钛液是一个较复杂的体系,其中有三类杂质;一类是可溶性的盐类(铁、钒、铬、锰、铌、锡、铜、镁、钠、钾、稀土等元素的硫酸盐及磷酸盐) ;另一类是颗粒尺寸在微米及以上的由未分解的钛铁矿、金红石、脉石、泥浆及碳、铅、钙等的化合物组成的不溶性悬浮残渣;第三类是粒度为0.1一1微米的水合二氧化硅、水合氧化 铝及早期水解产生的水合二氧化钛等具有较高动力学稳定性的胶体。实践证明,不去除这些残渣、胶体和部分溶解杂质,而直接水解是不能制得品质优异产品的。净化的好坏直接影响工艺控制和产品性能,诸如水合二氧化钛洗涤的难易程度,产品的化学纯度、硬度、白度等。 净化的步骤有沉降、结晶、硫酸亚铁的分离、钛液的过滤。下面分开讲解。
1、沉降是借助于重力作用,除去钛液中的不溶性杂质和胶体颗粒,将钛液初步净化。通过沉降除去杂质,可提高副产品硫酸亚铁的质量并加快它的过滤速度。同时胶体微粒如不除去,在以后水解时便成为一种无一定组成和数量的晶核,会影响水解过程和水解产物的结构。 按操作分,沉降的方法有间歇法和连续法两大类;降的机理分,则有凝聚法、絮凝法和混合沉降法三种。
2、在经沉降所得到的热钛液中,各种硫酸盐和磷酸盐的溶解度是不同的而且与温度有关。这些溶解度可也实验测定。依据结晶原理、降低温度,以降低FeSO4的溶解度,当此溶解度低于溶液中的实际浓度时,便成为过饱和,其超过部分便会从钛液中结晶
硫酸亚铁结晶的方法,按冷却方式分.有自然结晶和冷冻结晶两种;按操作方法分,有常压间歇法和真空连续法两种。析出,从而达到除去大量硫酸亚铁的目的。
3、硫酸亚铁的分离。硫酸亚铁又称绿矾,结晶得到的是含7个结晶水分于的呈淡青色的水合晶体Feso4.7H20,在结晶时会吸去钛液中的部分水分。通常用水洗回收晶粒表面吸附的钛液.并提高硫酸亚铁的品质。硫酸亚铁在水中的溶解度比在硫酸和钛液中都大。为防止硫酸亚铁的复溶引起钛液比的相应升高,一般总是先用少量的稀钛液然后用冰水洗涤。如果水温高,并用大量水洗涤,不仅加速了硫酸亚铁的复溶.而且由于钛液浓度的降低而改变钛液的组成.使稳定性下降,引起钛液品质的恶化。
硫酸亚铁与钛液的分离可用真空法和离心法来实现。使用真空抽虑器、真空圆盘过滤机、卧式离心机、立式锥篮离心机、程序控制的SX 型离心机等。离心机自动化程度高,可连续操作,钛液损耗低,显然优于真空法。
4、钛液的过滤
经沉降和除去绿矾的钛液仍含有胶体和细小的机械杂质,它们的表面积可吸附重金属离子,如不除去.则在水解时合成为不良的结晶中心,使水解产物粒子长大,影响水合二氧化钛粒子的大小和形状,使最终成品的品质,特别是外观白度显著变坏。钛液过滤的目的,就是除去这些杂质,使钛液进一步净化。
钛液属于稀薄胶粘溶液,其中的胶体和微细杂质.用一般过滤介质不易将它们截留,如
果加大过滤推动力,不仅会使部分胶体穿过过滤介质,而且会使阻力急剧增加,堵塞滤孔,反而使过滤过程终止。一般先将钛液加热(40℃左右) 以降低钛液粘度,并使胶体进一步絮凝长大,为提高钛液过滤速度与净化效果打下基础,有时也可采取加净化剂(如CuSO4、FeS 等) 使与钛液中杂质产生共沉淀。至于加助滤剂形成有无数小孔的滤膜,吸附胶体,减少滤饼压缩率,增加孔隙率,也是经常采取的有效方法。所使用的过滤设备多为用硬聚氯乙烯、耐酸橡胶、特殊陶瓷或金属制作的板框压滤机、管式过滤机、鼓式过滤机等。板框压滤机为正压操作,鼓式过滤机为负压操作,管式过滤机有时进行正压和负压联合操作。
5、钛液的水解
钛液的水解是二氧化钛组分从液相(钛液) 重新转变为固相(偏钛酸) 的过程,从而与母液中的可溶性杂质分离以提取纯二氧化钛。
水解工序是硫酸法生产中极其重要的工序之一。水解作用的优劣不仅影响工业生产的经济性,而且对最终产品的质量有极大的关系.水解时造成的差错往往在后工序是不能挽救的。工业上对水解有如下要求:第一,水解率要高,即液相中的二氧化钛组分转变为固相的百分率要高.在不影响成品质量和性能的条件下水解率越高越经济;第二,水解产物必须是具有一定大小而均匀的粒子,组成要恒定,同时易于过滤与洗涤;第三,工艺条件要成熟易于控制,水解产物的质量要稳定,设备要简单,能适应工业生产的需要。
1、钛液的水解反应
钛液只要在稀释或者加热的条件下即能水解而析出氢氧化钛的水合物沉淀。甚至在酸度极高(如含H2SO4 400一500克/升) 时,经长时期的煮沸也会析出沉淀。因此在水解前的各工序中.钛液的温度应控制在70℃以下,同时也应避免过分稀释以免发生早期水解的危险。
在常温下用水稀释钛液时,析出的是胶体氢氧化钛沉淀。这种水合物即使在常温下也很易溶于有机酸、稀的无机酸、碱以及钛盐溶液中,这样的溶液具有明显的胶体特征。这种水合物的组成接近于二氧化钛二水合物Ti02.2H20或者Ti(0H)4。
方程式:
由于钛的氢氧化物具有两性的特征,且偏酸性,故可把它们看成是钛酸,T1(oH)4,就是正钛酸,Tio(oH):就是偏钛酸。如果将钛液加热使其维持沸腾也会发生水解反应.生成白色偏钛酸沉淀。这就是硫酸法钛白生产,在工业上制取偏钛酸的唯一方法。
水解过程中.不仅发生粒子凝聚成为偏钛酸沉淀而析出,而且以前析出的沉淀会重新溶解,然后又以组成改变了的固相形态析出。偏钛酸的具体结构比较复杂,而且因水解条件的不同而各有所异。我们可以TiO2.xSO3·yH20来表示,式中x 和y 都是不固定的。因此工业上的水解产物的正确名称应是水合二氧化钛而不是偏钦酸,但为简便通俗,以后仍称偏钛酸。
2、钛液热水解过程的步骤
根据研究结果表明,水解过程大致可以分为下列三个阶段。第一所段——晶核的形成;
第二阶段——晶核的成长与沉淀的形成;第三阶段——沉淀物的组成以及溶液组成,随着水解作用的进展而改变。解释第三步骤(当沉淀物开始析出后,水解作用仍以较大的速度在进行,晶体继续成长。在这阶段里,溶液的成分随着沉析而不断变化。Ti02
的含量逐渐降低,
而游离酸浓度不断提高。这个变化直接影响了沉淀物的组成,能使沉淀的粒子局部溶解,而后又重新析出新组成的沉淀,也可能是固体沉淀物的直接转化。这个过程不断继续直至水解几乎完全,溶液中只剩下极少数的钛及较浓的硫酸,此时沉淀物的组成才最后固定下来。)
3、影响水解的因素
在钛液热水解时水解钛液的组成和质量对偏钛酸的纯度,微晶体的结构和胶粒的大小影响很大。尤其在生产颜料钛白时钛液的含钛量、F 值、铁钛比、三价钛含量、澄清度和稳定性必须符合一定的要求。
4、晶种的制备
如前所述,晶种的数量与组成决定了水解沉淀物的组成,也决定了最后产品的性质。因此,形成良好的结晶中心是非常重要的。当水解操作不正常时,生成的偏钛酸常不能沉淀和过滤,如“牛奶”状的悬浮体。这种悬浮物无法利用,只好弃置。这是因为溶液本身自然形成的结晶中心,无论数量和组成都是不断变化的,它们所诱导出来的水解产物的粒子和组成都是极不规则和不符合要求的,特别是由于晶核数量的不足而生成的偏钛酸会成为不沉淀的悬浮体。 要制取具有适当的粒径,并有一定组成的偏钛酸,必须在水解前在钛液中先培养出或加入一定数量的具有一定组成的合乎理想的结晶中心(晶种) ,以便正确诱导热水解的进行。这样不但水解速度能大大加快,水解反应也进行得更为完全,并且可以获得优良颜料性能的钛白。
晶种制备的途径很多,制备的方法也已有了很多专利。归纳起来有稀释法(或称自生晶种) 和中和法(又称外加晶种) 两大类。其实质都是先制得一种正钛酸胶体,然后在稀硫酸或稀盐酸中加热胶溶、熟化而生成具有一定电荷的TiO+2和Ti+4,吸附在TiO(OH)2颗粒表面使其带有正电荷而不溶于稀酸的胶体溶液(晶种) 。
6、偏钛酸的水洗
热水解得到的偏钛酸悬浮液是一种具有粒状结构的凝胶,在放置过程中会缓慢地沉淀下来,偏钛酸颗粒吸附着大量母液,母液成分主要是游离硫酸和硫酸亚铁等可溶性杂质,并含有铁、铬、钒、铜、锰等氧化物的杂质离子。水洗主要是利用偏钛酸的水不溶性和杂质离子的水溶性进行液固分离,从而达到净化目的。
7、偏钛酸的漂洗
白度是颜料钛白的一项重要指标,优质钛白应该色泽纯白或微带蓝相、光泽好、底相纯正.调色后色彩鲜明。影响钛白白度的因素除颗粒的大小、形状和粒度分布以及晶格完整性外,某些杂质元素,特别是过渡元素的存在影响很大。对了这些杂质,往往金红石晶型比钥锐钛型更为敏感,这是由于大多数杂质金属的氧化物与金红石是同晶型的,这些杂质进入金红石晶体造成晶格变形,影响钛白的白度和光泽。硫酸法生产的钛白中主要金属杂质是铁,所以要对铁的含量严格控制,产品中含铁量大致在0.003%以下,这主要是依靠漂洗来达到的。
如前所述,水洗后残留在偏钛酸中的铁基本上是以氢氧化高铁形式存在,含量约0.01%左右(以TiO2为基) ,漂洗过程就是将水洗合格的偏钛酸在酸性介质中用还原剂处理.将氢氧化高铁溶解并还原成硫酸亚铁,进一步水洗除去,一般可使含铁量降低至0.003%以下。漂洗过程中,也能部分除去偏钛酸中吸附的其他有害杂质如铬和钒,经漂洗后制得的成品,白度和光泽有显著提高。
根据所用的还原剂及还原方式的不同,工业上采用的漂白有锌粉漂白及三价钛盐漂白两类。
1、锌粉漂白的基本原理就是用锌粉作还原剂,在酸性介质中将高铁离子还原成亚铁离子。
2、三价钛盐漂白的原理
三价钛盐漂白过程分为硫酸钛溶液制备、三价钛盐制备及三价钛盐漂白三步,三价钛盐漂白首先是将水洗合格的偏钛酸溶于硫酸,制成硫酸钛溶液;硫酸钛镕液用锌粉或铝粉还原制得三价硫酸钛溶液;偏钛酸用三价钛盐漂白的工艺操作与锌粉漂白相似。
8、偏钛酸的盐处理
偏钛酸如不经过盐处理而直接煅烧,得到的产品颗粒往往很硬,色相及其他颜料性能很差,漆用性能低劣。因此,生产颜料钛白时,都要根据不同品级的需要在偏钛酸中加入少量添加剂(矿化剂) 进行改性,然后再在适当的温度下煅烧,使产品具有良好的色相、光泽.较高的着色力、遮盖力,较低的吸油量和合适的晶粒大小、形状以及在漆料介质中的易分散性。某些非颜料型产品中,有时也需要加入某些添加剂,使产品具有各种特殊性能。偏钛酸在煅烧前添加化学品的过程称为盐处理,亦称前处理。
9、偏钛酸的煅烧
硫酸法钛白生产中,偏钛酸是通过高温煅烧转变为二氧化钛的。煅烧过程主要是除去偏钛酸中的水分和三氧化硫,同时使二氧化钛转变成所需要的晶型,并显现出钛白的基本颜料性能。
偏钛酸煅烧是一个强烈的吸热过程,工业上都采用回转窑煅烧。煅烧工序是由偏钛酸输送、二氧化钛冷却及输送,窑后排风收尘和燃料供给系统所组成。
10、二氧化钛的粉碎
颜料用二氧化钛最重要的作用在于它被分散在介质中和涂在表面上(用作涂料) 时的不透明性,这是二氧化钛主要的光学性能。与不透明性在不同程度上相互关联的重要光学性能是亮度、白度、色相、着色力和遮盖力。二氧化钛的不透明性很大程度上取决于两种首要的特性,即折射率和颗粒特性,颗粒特性包括粒度、粒度分布和颗粒形状。另外,二氧化钛在各种介质和设备中的分散能力也是很重要的因素。因为,在大多数情况下颗粒料的光学性能能否充分显现出来,还取决于二氧化钛的分散性如何,而分散性往往又和颗粒特性及表面性质密切相关
回转窑产出的煅烧物(落窑品) 大都是颜料粒子的聚结物,需要通过粉碎使粒度达到颜料所要求的标准,从而获得尽可能高的不透明度及其他颜料性能。
粉碎助剂又称粉碎添加剂或助磨剂,是细微粉碎作业的一种辅助性材料。它的加入量甚微,
但收益颇大,或能改善产品的质量,或在不变的能耗及粒度条件下提高产量,或者二者兼而有之。
物料在粉碎过程中,表面积大大增加,如体积为1立方毫米的立方体,表面积为6平方毫米,当粉碎成l 立方微米的立方休时,表面积为6000平方毫米,面积增加1000倍,物料越细,表面积越大,越易于凝聚,粒子越细,凝聚现象越严重。因此当物料粉碎到一定细度后,大粒子被粉碎,小粒子重新凝聚,使过程处于一种动平衡状态。添加粉碎助剂主要是降低物料粒子表面的范德华力和静电力,因此能大大降低物料粒子面、物料粒子与研磨体、或衬里间的凝聚现象和附着现象。所以物料越细,粉碎助剂的效果便越好。二氧化钛要求粉碎成亚微米级粒子,粉碎助剂更显得必不可少。另外,助剂能使离子晶型物料的硬度下降,其原因是助剂的吸附层和晶体粒于表面缺陷之间发生了电子转移。粉碎助剂对物料粒子的强度也有影响,它能降低粒子的表面能量。从而降低粒子的抗张强度,这一现象称之为里比德效应。 粉碎助剂不仅有利于粉碎,而且由于其最后粘附在Ti02粒子表而,改变了TiO2的表面性质,有利子TiO2颜料性能的发挥,特别是提高它在涂料介质中的再分散性。因此,国外许多钛白品种都进行有机包膜处理。
11、钛白的后处理
作为一种白色颜料,钛白固然有优良的光学和某些颜料特性,但未经表面处理的原始钛白颗粒,如直接用于制漆尚存在一定的缺陷。例如,它在很多涂料介质中不能很好地分散;制成的漆膜不耐日晒雨淋,容易失光、泛色、粉化等等。要克服这些缺陷,就需要经过一系列的粒度分级和表面改性处理,称为后处理。通过后处理,还能改善它的底色、着色力、遮盖力和不透明度.并提高化学稳定性。对某些需要具有特殊性质的产品,例如化纤消光用钻白,应防止它使纤维产生对光和热的敏感性,也要通过后处理来解决。
四、存在的问题
硫酸法有其固有的问题。比如,硫酸消耗量大、生产稀酸量多,每生产一吨二氧化钛,产生三到四吨绿矾。如何减轻这些问题甚至变废为宝,仍然需要做一些深入的研究。
五、参考文献
1《硫酸法钛白生产》,裴润著,1982年02月第1版
2《钛白》,(苏)И·В·利斯庚著曹惠民译,1963年11月第1版
3《钛白粉生产技术问答》,陈朝华编著,1998年4月第一版
4《钛白粉的生产与应用》,刘华,胡文启编著,1992年8月第1版