如何使用硫酸法來生產鈦白粉?
如何使用硫酸法來生產鈦白粉?

鈦白粉是一種白色無機顏料,無毒、不透明性、白度和光亮度都很好,它的分子式為二氧化鈦TiO2是一種多晶化合物,它的質點呈現的排列非常的具有規則,帶有格子構造。按照晶體的形態可以分為金紅石型和銳鈦型這兩種結構,按照制造工藝又可分為硫酸法鈦白粉和氯化法鈦白粉,現在世界上鈦白粉的主要生產方式以氯化法為主,今天我們主要聊一聊如何使用硫酸法來生產鈦白粉。
用硫酸法生產鈦白粉的流程:
1、酸解
鈦鐵礦或鈦渣經過研磨和干燥之后,用高濃度的硫酸在150-180℃左右的溫度下進行酸解,白鈦石、人造金紅石和金紅石不溶于硫酸,因此不能用硫酸法來制造。鈦鐵礦中的鈦含量越低,所用硫酸的稀釋程度就越高,因此處理巖礦,合適的酸濃度為85%,而處理鈦渣,硫酸濃度一般為91%-92%。
酸解過程就是將三價鐵還原成二價鐵,因為三價鐵會吸附在二氧化鈦粒子的表面,造成鈦白粉的白度降低,所以在整個生產過程中要始終保持二價鐵是最重要的。
硫酸法產生的污染物大多來自于酸解過程中產生的硫氧化物、酸霧和夾帶的未反應原料粒子在短時間內釋放出來,釋放出大量的含酸的氣體氣,其主要污染物是二氧化硫和酸霧。
2、沉降精濾
冷卻酸解溶液、固體惰性物質和未反應的原料殘余物溶液從酸解罐的底部全部排放到沉降池中,沉降精濾的主要目的是去除鈦礦雜質中形成的可溶性殘余物這些殘余物中可能含有硅石、鋯石、硫酸石、白鈦石或金紅石,往里面加入酪蛋白、淀粉或其他有機絮凝劑,液體便通過簡單的重力分解沉淀在沉降池中。
沉降池中的固體物質去除后,先用廢酸洗滌,回收未反應的原料,然后再用水清洗掉殘留液。沉降后的鈦液通過精濾除掉細小的殘余粒子,然后將這些濾渣與沉降池中收集的其他固體物質送往堆放場。
3、水解
將可溶性硫酸氧鈦在90℃時水解成不溶于水的水合二氧化鈦沉淀物或稱偏鈦酸,以獲取所需粒度的水解產物,嚴格控制如加熱速度、鈦液的二價鐵離子和四價鈦離子含量以及其他因素等,其中避免出現三價鐵離子是這個環節最重要的因素。
為控制水解的速度、過濾洗滌的性能和最終產品的細度及質量指標,就需要在水解時加入
晶種,晶種的加入方式有兩種:自身晶種和外加晶種,自身晶種是在水解時預先加入水解鈦液和水所產生的晶種進行水解工序,不需要再另外制備晶種。外加晶種是向鈦液中加入經另外制備的金紅石或銳鈦型晶種。
水解沉淀物漿料經過濾、洗滌后,在還原條件下用硫酸酸浸以除去最后微量吸附鐵和其他金屬,即通常所說的漂白,此步驟是硫酸法中產生廢酸的主要原因。
4、煅燒
水合二氧化鈦在900-1250℃下煅燒,通過煅燒環節脫去水分和去除殘余的三氧化硫,同時還可以將銳鈦型轉變成金紅石型。煅燒有利于加強鈦白粉產品的化學惰性和確定其粒度,煅燒后,二氧化鈦經研磨、破碎、燒結成顆粒,然后在對其進行處理。
在煅燒過程中,煅燒尾部連續排出的尾氣,其主要污染物為二氧化硫、酸霧及二氧化鈦粉塵,這是硫酸法生產鈦白粉中產生廢氣污染物的主要來源。
5、后處理
后處理主要有濕磨、無機包膜、干燥、氣流磨及有機包膜和產品包裝等工序。
①濕磨
將二氧化鈦顆粒在無機或有機分散劑下進行濕磨,將二氧化鈦聚集的粒子盡量磨細解聚,以利于進行無機包膜。濕磨使用的主要設備有介質磨,有機球磨、球磨機、砂磨機、重介質磨等。
②無機包覆
干燥和濕磨解聚后的二氧化鈦需要進行無機包膜,以屏蔽紫外光,提高鈦白粉的耐候性,我們經常使用的無機包膜劑有硅、鋁的氧化物及水和氫氧化物。
③干燥
近幾年來我們開始多采用鋯進行混合包膜,以便于達到耐候、高光澤的效果,采用帶式干燥機、噴霧干燥機等方式進行干燥。
④氣流磨
氣流粉碎與有機包膜,目前采用的粉碎機多數為扁平式氣流粉碎機,此過程中根據產品用途加入有機包膜劑。
⑤機包膜和產品包裝
有機包膜劑一方面可以中和鈦白粉表面,避免其重新團聚,起到助磨效果,另一方面改變鈦白粉的表面物理化學性能,提高其在涂料、塑料等物質的匹配性及相容性。有機包膜劑多用于涂料有胺、醇胺類、硅烷類,而二甲基硅烷、聚乙醇、三乙醇胺等多用于塑料。

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