鈦白粉顏料的合成方法與加工方法流程
工業(yè)生產(chǎn)高質(zhì)量鈦白粉顏料主要有兩種合成方法:1916年首次使用的硫酸法鈦白粉生產(chǎn)加工方法和1960年達到生產(chǎn)成熟的氯化法鈦白粉生產(chǎn)工藝,這兩種鈦白粉顏料生產(chǎn)方法的任務都是從大部分黑色或灰色的含鈦原料(硫酸法中的鈦鐵礦或鈦渣;氯化法中的天然或合成金紅石)開始生產(chǎn)純白色TiO2二氧化鈦。必須達到指定的參數(shù),如平均粒徑、粒徑分布、顆粒形狀和晶體結(jié)構(gòu)(金紅石、銳鈦礦),這取決于預期的應用。
硫酸法鈦白粉加工方法流程
在硫酸鹽法中,將鈦鐵礦或鈦渣溶解在熱濃硫酸中:
FeTiO3+2H2SO4→TiOSO4+FeSO4+2H2O.
FeTiO3+2H2SO4→TiOSO4+FeSO4+2H2O.
在隨后的冷卻過程中,硫酸亞鐵(綠鹽)會結(jié)晶出來,并可以從生成的硫酸溶液中分離出來,各種過渡金屬離子分離后,得到無色的硫酸鈦溶液,加水水解:
$${\text{TiOSO}}_{{4}} + \left( {x + {1}} \right){\text{H}}_{{2}} {\text{O}} \to {\text{TiO}}_{{2}} \cdot x{\text{H}}_{{2}} {\text{O}} + {\text{H}}_{{2}} {\text{SO}}_{{4}} .$$
$${\text{TiOSO}}_{{4}} + \left( {x + {1}} \right){\text{H}}_{{2}} {\text{O}} \to {\text{TiO}}_{{2}} \cdot x{\text{H}}_{{2}} {\text{O}} + {\text{H}}_{{2}} {\text{SO}}_{{4}} .$$
形成水合二氧化鈦沉淀物,經(jīng)過過濾、洗滌、干燥后,在800-1000℃下煅燒:
TiO2⋅xH2O→TiO2+xH2O.
TiO2⋅xH2O→TiO2+xH2O.
在此步驟之后,所獲得的粗二氧化鈦顆粒的粒度特性通過研磨過程進行調(diào)整,以這種方式合成的鈦白粉顏料通常通過特定的表面處理(后處理)來穩(wěn)定紫外線輻射。與銳鈦礦相比,金紅石是更穩(wěn)定的二氧化鈦TiO2改性物,但其紫外線活性也較低。這種處理的另一個方面是顏料的應用性能的改善,特別是關(guān)于它們與粘合劑體系的相容性。表面處理主要是使用一層薄薄的無色層(通常由SiO2, Al2O3和/或ZrO2組成,但也有有機成分),通過濕化學方法將其涂在TiO2二氧化鈦顆粒上,使其完全覆蓋在表面上。此外,通過在合成過程中將合適的離子摻入二氧化鈦的晶格中,可以實現(xiàn)鈦白粉的內(nèi)在穩(wěn)定。硫酸鹽法生產(chǎn)的鈦白粉顏料通常由金紅石或銳鈦礦混合物組成。通過選擇合適的反應參數(shù)(煅燒溫度和摻雜劑),可以得到純金紅石或銳鈦礦顏料。

氯化法鈦白粉加工方法流程
在氯化法過程中,天然或合成重污染金紅石在800-1200℃與氯氣和焦炭發(fā)生反應(不含部分反應的方程式):
TiO2+2Cl2+2C→TiCl4+2CO
TiO2+2Cl2+2C→TiCl4+2CO
所得的四氯化鈦通過蒸餾從固體氯化物中分離出來。隨后,得到的非常純的TiCl4在1000℃以上的條件下與氧反應,生成顏料粉末形式的TiO2:
TiCl4+O2→TiO2+2Cl2.
TiCl4+O2→TiO2+2Cl2.
通過氯化加工方法生產(chǎn)的鈦白粉顏料也可以在本質(zhì)上或通過表面處理實現(xiàn)部分穩(wěn)定,與硫酸鹽法相似,金紅石與銳鈦礦的比例也受選擇合適的反應參數(shù)的影響。
對于鈦白粉顏料的外部應用,特別是在汽車涂料領(lǐng)域具有重要的實際意義,穩(wěn)定的氯化法金紅石型鈦白粉幾乎完全被使用,在著色涂料中額外使用吸收紫外線的物質(zhì)有助于確保含二氧化鈦的涂料輕松實現(xiàn)所需的長使用壽命。
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