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钛白粉

钛白粉的化学名称为二氧化钛,它是最重要和产量最大的含钛化工产品,世界上绝大部分钛资源用于制造二氧化钛。它主要用作白色颜料,同时兼作光屏蔽剂用于涂料、塑料、造纸、橡胶和合成纤维工业,所以称其为二氧化钛颜料,即所谓颜料级钛白粉;而把用于搪瓷、陶瓷、电焊条、电子和冶金工业等非颜料级钛白粉称为二氧化钛。

物化性质
别名:钛白、二氧化钛。白色粉末,加热时略带微黄色。分子式:TiO2,相对分子质量79.9,钛白粉化学性质相当稳定,在一般情况下与大部分化学试剂不发生作用,可与任何胶粘剂混合使用。不溶于水、脂肪酸和弱无机酸,但微溶于碱,能被热硫酸及盐酸溶解。其粒子细、质软而均匀,粒度分布窄,粉粒大小为0.1~0.7μm,分散好,白度高,具有较高的着色力和遮盖力,比氧化锌高2~3倍。水萃取液的pH为6.5~7.5。是优秀的白色颜料,无毒。 

晶型
二氧化钛为多晶型化合物,分别有金红石型、锐钛型和板钛型三种晶型结构,其中板钛型不稳定,没有工业实用价值。工业大量应用的是金红石型钛白粉,其次为锐钛型钛白粉。金红石(R型)相对密度4.26,熔点1830~1850℃,折射率2.72,具有较好的耐气候性、耐水性和不易变黄的特点,但白度稍差。另一种是锐钛型(A型),相对密度3.84,折射率2.55,耐光性差,容易变黄,不耐粉化,但白度较好。
金红石钛白粉R258(白度 高分散 高遮盖力) 
图1为金红石钛白粉R258(白度 高分散 高遮盖力)。

发展
世界钛白粉总生产能力为500万t/a左右。近10年来,中国钛白粉产能、产量和消费量均实现跳跃式发展,目前,中国钛白粉产能、产量、消费量是仅次于美国的第二大国。2005年,全国3000t/a规模以上的大中型钛白粉企业共生产各类钛白粉67.56万t,加上还有数家小型企业,2005年中国钛白粉总产量为70万t左右,比2004年60万t净增10万t,增量空前。2005年,全国共生产金红石型钛白粉22.76万t,比上年的14.28万t增加8.48万t,增幅为59.4%; 共生产锐钛型钛白粉38万t,比上年36万t增加2万t,主要是因为受环保和市场需求影响,被限产和停产的装置基本是硫酸法的锐钛型钛白粉; 非颜料级钛白粉的产量约9万t,与上年持平。以上统计数据表明,我国钛白粉行业近年来在向着科技含量更高的金红石型产品发展方面取得令人瞩目的成就。但和发达国家相比,我国金红石型钛白粉在总产量中比例仍较低。2005年,我国进口钛白粉22.77万t,进口货值4.18亿美元,大部分为金红石型; 全年出口钛白粉15.74万t,出口货值2.08亿美元,大部分为低端锐钛型产品。 

生产方法
钛白粉的生产工艺主要有硫酸法和氯化法2种。
硫酸法是将钛铁粉与浓硫酸进行酸解反应生产硫酸亚钛,经水解生成偏钛酸,再经锻烧、粉碎即得到钛白粉产品。 此法可生产锐钛型和金红石型钛白粉。硫酸法的优点是能以价低易得的钛铁矿与硫酸为原料,技术较成熟,设备简单,防腐蚀材料易解决。其缺点是流程长,只能以间歇操作为主,湿法操作,硫酸、水消耗高,废物及副产物多,对环境污染大。
氯化法是将金红石或高钛熔渣粉料与焦炭混合后进行高温氯化生产精四氯化钛,精馏、除钒后,进行高温氧化,分级、表面处理,再经过滤、水洗、干燥、粉碎得到钛白粉产品。氯化法只能生产金红石型产品。氯化法优点是流程短,生产能力易扩大,连续自动化程度高,能耗相对低“三废”少, 能得到优质产品。缺点是投资大,设备结构复杂,对材料要求高、要耐高温、耐腐蚀、装置难以维修,研究开发难度大。 

应用
钛白粉广泛用于涂料、塑料、橡胶、油墨、纸张、化纤、陶瓷、日化、医药、食品等行业。

涂料行业是钛白粉的最大用户,特别是金红石型钛白粉,大部分被涂料工业所消耗。用钛白粉制造的涂料,色彩鲜艳,遮盖力高,着色力强,用量省,品种多,对介质的稳定性可起到保护作用,并能增强漆膜的机械强度和附着力,防止裂纹,防止紫外线和水分透过,延长漆膜寿命。

塑料行业是第二大用户,在塑料中加入钛白粉,可以提高塑料制品的耐热性,耐光性,耐候性,使塑料制品的物理化学性能得到改善#,增强制品的机械强度#延长使用寿命。

造纸行业是钛白粉第三大用户,作为纸张填料,主要用在高级纸张和薄型纸张中。在纸张中加入钛白粉,可使纸张具有较好的白度#光泽好#强度高,薄而光滑#印刷时不穿透,质量轻。造纸用钛白粉一般使用未经表面处理的锐钛型钛白粉,可以起到荧光增白剂的作用#增加纸张的白度。但层压纸要求使用经过表面处理的金红石型钛白粉,以满足耐光、耐热的要求。

钛白粉还是高级油墨中不可缺少的白色颜料。含有钛白粉的油墨耐久不变色#表面润湿性好,易于分散。油墨行业所用的钛白粉有金红石型,也有锐钛型。

纺织和化学纤维行业是钛白粉的另一个重要应用领域。化纤用钛白粉主要作为消光剂。由于锐钛型比金红型软,一般使用锐钛型。化纤用钛白粉一般不需表面处理,但某些特殊品种为了降低二氧化钛的光化学作用,避免纤维在二氧化钛光催化的作用下降解,需进行表面处理。

钛白粉在橡胶行业中既作为着色剂,又具有补强、防老化、填充作用。在白色和彩色橡胶制品中加入钛白粉,在日光照射下,耐日晒,不开裂、不变色,伸展率大及耐酸碱。橡胶用钛白粉,主要用于汽车轮胎以及胶鞋、橡胶地板、手套、运动器材等,一般以锐钛型为主。但用于汽车轮胎生产量,常加入一定量的金红石型产品,以增强抗臭氧和抗紫外线能力。

钛白粉在化妆品中应用也日趋广泛。由于钛白粉无毒,远比铅白优越,各种香粉几乎都用钛白粉来代替铅白和锌白。香粉中只须加入5%-8%的钛白粉就可以得到永久白色,使香料更滑腻,有附着力、吸收力和遮盖力。 在水粉和冷霜中钛白粉可减弱油腻及透明的感觉。其他各种香料、防晒霜、皂片、白色香皂和牙膏中也可用钛白粉。用钛白粉制得的瓷釉透明度强,具有质量小、抗冲击力强、机械性能好、色彩鲜艳、不易污染等特点。食品和医药用钛白粉为纯度很高、重金属含量低、遮盖力强的钛白粉。

【参考资料】
http://www.chemicalbook.com/ProductChemicalPropertiesCB7461626.htm
http://baike.baidu.com/view/283270.htm

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