钛白粉三种生产工艺介绍及定比较.doc

/ /钛白粉三种生产工艺介绍及定性比较0 前 言 钛(Titanium)：元素符号Ti，原子序数22，原子量4788，在元素周期表中位于第4周期B族。钛是地壳中分布最广和丰度高(632010-6)的元素之一，占地壳质量的061列居第9位；而钛资源则仅次于铁、铝、镁而列居第4位，是制取钛渣、人造金红石、钛白、海绵钛、钛金属及钛材、焊条涂料的重要原料。由于金属钛呈银白色，具有熔点高(1 727)、比重轻(45)、机械强度高(5)、耐低温(超低温下电阻率几乎为0)、耐磨蚀、线钛塑性良好(能薄壁化使用)、不易氧化、还原性强等特点；钛的氧化物二氧化钛(钛白粉)，具有无毒、良好的物理化学稳定性(1 000煅烧后不熔于任何酸和碱)、折射指数高(255270)，以及很强的白度、着色力(雷诺值11501950)、遮盖力(4050gm2)、耐温性、抗粉化等特征，被称为“颜料之王”。 ， 钛白不仅是性能优异的白色颜料，而且是重要的化工原料。它广泛用于涂料、油墨、塑料、橡胶、造纸和化纤工业。钛白涂料，色彩鲜艳，色调纯正；钛白是纸张的高级填料，使纸张薄而不透明，白度高，光泽好，强度大和光滑好用。钛白用于塑料工业，是不透明的着色剂；用于橡胶工业，使白色和浅色橡胶强度高，伸展率大，耐老化和不易褪色。它也是化学纤维的最佳消光材料，使透明的化纤具永久性消光效果，并可提高韧性。此外，还用于搪瓷、电器、电子原料等等方面。 钛白的生产工艺根据采用的原料工艺路线可分为硫酸法和氯化法、盐酸法。1 钛白生产工艺介绍11硫酸法工艺 硫酸法生产涂料级钛白要经过五大步骤：原矿准备；钛的硫酸盐制备；水合二氧化钛制备；水合二氧化钛煅烧；二氧化钛后处理。包括环节如下：干燥、磁选与磨砂、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、二氧化钛打浆分散分级、无机表面处理、水洗、干燥、气流粉碎和有机处理、包装、废副产品的回收、处理和利用。可以生产锐钛、金红石型、搪瓷等各级别种类的二氧化钛产品。12氯化法工艺 氯化法生产涂料级钛白要经过原矿准备、钛的氯化物制备、钛的氯化物氧化、二氧化钛表面处理。包括环节如下：矿焦干燥、矿焦粉碎、氯化、钛的氯化物精制、钛的氯化物氧化、二氧化钛打浆分散分级、无机表面处理、水洗、干燥、气流粉碎和有机处理、包装、废副产品的回收、处理和利用。 氯化钛白生产工艺研究始于上世纪五十年代初，工艺发展到现在己比较完善，虽然各厂家有不同的特色，但主要的流程都几乎相同。首先是原料的准备，主要是石油焦和钛矿，应工艺要求，对二者进行干燥，使水分和含氢有机物降到一定的要求值，然后送入氯化炉进行氯化，钛等金属被氯化形成氯化物，气态的氯化物被气流输送到后面的收集槽分阶段冷却，高沸点、高熔点的氯化物首先分离出来，其次是低沸点的氯化物如四氯化钛冷凝出来，液体四氯化钛送精制工序进行除杂，通过加入还原剂将影响产品质量的杂质含量将低到要求值，精制好的精四氯化钛送入氧化工序，通过高温氧化转化为二氧化钛粉末，同时加入盐粒、钾盐、三铝化铝等以保证氧化初品的颜料性能和生产的连续进行。氯气送回氯化工序。二氧化钛粉末进行打浆分散砂磨分级，合格的料将送表面处理工序，按要求程序加入试剂，对二氧化钛颗粒进行表面处理，处理后的料浆进行洗涤，除去呵溶性的盐份，洗涤合格的料浆送干燥工序脱去游离钛的水，水分合格后利用中压过热蒸汽进行气流粉碎，同时进行必要的有机表面处理，粉碎合格的产品送包装岗位进行包装。 在氯化工序，目前有两种工艺，熔盐氯化和沸腾氯化两种，各适用于不同的钛矿，溶盐氯化中需要加入大量的盐(氯化钠)，这些盐最终会从氯化炉以废盐的形式排出，变成废渣。沸腾氯化不加入盐，其它用料和熔盐氯化基本相同，反应温度比溶盐氯化高。13盐酸法工艺 盐酸法生产涂料级钛白要经过原矿准备、钛的氯化物的水溶液制备、钛的氯化物的水溶液水解制得钛酸、钛酸盐处理及煅烧、二氧化钛表面处理。包括环节如下：矿粉碎、盐酸酸解、钛的氯化物的水溶液净化、萃取、水解制钛酸、钛酸盐处理、煅烧、二氧化钛打浆分散分级、无机表面处理、水洗、干燥、气流粉碎和有机处理、包装、废副产品的回收处理和利用。 2002年4月23日，美罔俄特尔纳米材料公司(Altair Nanomaterials Inc)申请了发明专利(1011)。该工艺即不是硫酸法生产工艺，又不是氯化法生产工艺，应该说是盐酸法生产工艺。盐酸浸取钛铁矿，分离不溶的残渣。浸取液进行高价铁还原为低价铁，冷却结晶出氯化亚铁，分离氯化亚铁；分离出氯化亚铁后的含钛浸取液进行第一次溶剂萃取，萃取相为含钛和高铁溶液，萃取余相为含亚铁的水溶液，返回工艺用于再生盐酸，回到浸取工序；含钛的萃取相进行第二次萃取，萃取相为含钛的水溶液，萃取余相为含高铁的水溶液，返回盐酸再生工序；经过萃取提纯后的氯化钛溶液进行水解，最好的水解是喷雾加热水解，得到偏钛酸，气相的盐酸和水返回盐酸再生系统。水解后的偏钛酸进行煅烧、湿磨、无机包膜、过滤洗涤、干燥、汽粉和包装。 盐酸法的优点是：该工艺可生产纳米钛白粉、锐钛性和金红石型钛白粉。在冷却结晶分离出的氯化亚铁进行热解得到氧化铁固体，气体为氯化氢和水蒸气返回开始的浸取工序。其特征是盐酸循环使用，副产只产生氧化铁渣。 盐酸法国外目前发展情况没有介绍，但国外这方面的专家到我国介绍过这方面的工艺，同时也没有谈及技术转让的事项。国内业界普遍认为盐酸法生产钛白粉工艺不成熟，但是目前国内有相当数量的钛黄粉厂就采用的是盐酸法。并且在这些厂，盐酸得到充分的循环使用，投资规模相对较小，技术相当成熟。 该技术己在东华科技进行过技术交流，从交流的资料上分析，该技术已完成了大型工业化转化。2 对比分析21硫酸法 优点：以廉价的钛铁矿、钛渣、硫酸为主要原料，工艺历史悠久，技术较成熟，设备和操作简单，防腐材料易解决，无须复杂的控制系统，建厂投资和生产成本(未含对废、副产物处理费的成本)较低。 缺点：以二氧化钛含量不高，杂质含量较多的钛铁矿，钛渣和硫酸作原料，致使工序多、流程长、间歇性操作，硫酸、蒸汽和水的耗量大，废副产物多(每生产lt钛白要产出34t硫酸亚铁和810t稀硫酸)，对环境的污染严重且处理、利用较为复参且耗费较大。22氯化法 优点：以二氧化钛含量90，杂质少的金红石、人造金红石或高质量钛渣为原料。工艺流程短、废副产物少，生产能力易于扩大，连续化、自动化程度及劳动生产率高，能耗少、氯气可循环使用，产品质量高。 缺点：高品位二氧化钛原料的价格高得多，建厂投资大，工艺难度大，设备材料防腐、操作技术和管理水平要求高，设备维修较难，氯气的回收、再利用难度大，固废处理困难(深井填埋也对环境有极大影响)；四氯化钛的气相氧化、防止反应器的二氧化钛结疤及除疤技术尚难突破。同时因为美、同等国垄断，引进国外先进的技术、设备比较困难。2