鈦白粉是當(dāng)今世界發(fā)展較快的化工產(chǎn)品,廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。
目前,全球鈦白粉產(chǎn)需基本持平,生產(chǎn)地主要集中在北美和西歐,其中美國(guó)是世界上最大的生產(chǎn)國(guó)。
我國(guó)鈦資源約占世界總儲(chǔ)量的1/5,但鈦白粉產(chǎn)量?jī)H占世界總產(chǎn)量的3%~5%,說(shuō)明我國(guó)鈦白粉工業(yè)還很落后。發(fā)展我國(guó)鈦白粉工業(yè)既有必要,又有可能。
鈦白粉是白色粉末,具有良好的光散射能力,因而白度好,著色力高,遮蓋力強(qiáng),同時(shí)具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和較好的耐候性。鈦白粉是極性很大的粉體,如果表面吸附有空氣、水等,則在水中分散性降低,常用的處理劑為水合氧化鋁和水合氧化硅。
涂料工業(yè)是鈦白粉的主要用戶(hù),特別是金紅石型鈦白粉,大部分被涂料工業(yè)所消耗。隨著我國(guó)汽車(chē)工業(yè)和建筑業(yè)發(fā)展,涂料工業(yè)不僅從數(shù)量上需要更多的鈦白粉,而且對(duì)品種和質(zhì)量也有更高的要求。
用鈦白粉制造的涂料,色彩鮮艷,遮蓋力高,著色力強(qiáng),用量省,品種多,對(duì)介質(zhì)的物理穩(wěn)定性可起到保護(hù)作用,并能增強(qiáng)漆膜的機(jī)械強(qiáng)度和附著力,防止裂紋,防止紫外線和水分透過(guò),延長(zhǎng)漆膜壽命。
用鈦白粉制得的瓷釉透明度強(qiáng),具有質(zhì)量輕、抗沖擊力強(qiáng)、機(jī)械性能好、色彩鮮艷、不易污染等特點(diǎn)。
塑料工業(yè)是鈦白粉的第二大用戶(hù)。在塑料中加入鈦白粉,可以提高塑料制品的耐熱、耐光、耐候性,使塑料制品的物理化學(xué)性能得到改善,增強(qiáng)制品的機(jī)械強(qiáng)度,延長(zhǎng)使用壽命。
鈦白粉在橡膠工業(yè)中既作為著色劑,又具有補(bǔ)強(qiáng)、防老化、填充作用。在白色和彩色橡膠制品中加入鈦白粉,在日光照射下,耐日曬,不開(kāi)裂、不變色,且伸展率大及耐酸堿。橡膠用鈦白粉,主要用于汽車(chē)輪胎以及膠鞋、橡膠地板、手套、運(yùn)動(dòng)器材等,一般以銳鈦型為主。但用于汽車(chē)輪胎生產(chǎn)時(shí),常加入一定量的金紅石型產(chǎn)品,以增強(qiáng)其抗臭氧和抗紫外線能力。
鈦白粉是高級(jí)油墨中不可缺少的白色顏料。含有鈦白粉的油墨耐久不變色,表面潤(rùn)濕性好,易于分散。油墨行業(yè)所用的鈦白粉有金紅石型,也有銳鈦型。
造紙工業(yè)是鈦白粉第三大用戶(hù)。鈦白粉作為紙張?zhí)盍,主要用在高?jí)紙張和薄型紙中。在紙張中加入鈦白粉,可使紙張具有較好的白度,光澤好,強(qiáng)度高,薄而光滑,印刷時(shí)不穿透,質(zhì)量輕。造紙用鈦白粉一般使用未經(jīng)表面處理的銳鈦型鈦白粉,可以起到熒光增白劑的作用,增加紙張的白度。但層壓紙要求使用經(jīng)過(guò)表面處理的金紅石型鈦白粉,以滿(mǎn)足耐光、耐熱的要求。
紡織和化學(xué)纖維行業(yè)是鈦白粉的另一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域;w用鈦白粉主要作為消光劑。因銳鈦型比金紅石型軟,因此一般使用銳鈦型;w用鈦白粉一般不需表面處理,但某些特殊品種為了降低二氧化鈦的光化學(xué)作用,避免纖維在二氧化鈦光催化的作用下降解,需進(jìn)行表面處理。
鈦白粉的生產(chǎn)方法主要有硫酸法和氯化法。
硫酸法硫酸法是將鈦鐵粉與濃硫酸進(jìn)行酸解反應(yīng)生產(chǎn)硫酸亞鈦,經(jīng)水解生成偏鈦酸,再經(jīng)煅燒、粉碎即得到鈦白粉產(chǎn)品。此法可生產(chǎn)銳鈦型和金紅石型鈦白粉。硫酸法的優(yōu)點(diǎn)是能以?xún)r(jià)低易得的鈦鐵礦與硫酸為原料,技術(shù)較成熟,設(shè)備簡(jiǎn)單,防腐蝕材料易解決。其缺點(diǎn)是流程長(zhǎng),只能以間歇操作為主,濕法操作,硫酸、水消耗高,廢物及副產(chǎn)物多,對(duì)環(huán)境污染大。
氯化法氯化法是將金紅石或高鈦渣粉料與焦炭混合后進(jìn)行高溫氯化生產(chǎn)四氯化鈦,經(jīng)高溫氧化,再經(jīng)過(guò)濾、水洗、干燥、粉碎得到鈦白粉產(chǎn)品。氯化法只能生產(chǎn)金紅石型產(chǎn)品。氯化法優(yōu)點(diǎn)是流程短,生產(chǎn)能力易擴(kuò)大,連續(xù)自動(dòng)化程度高,能耗相對(duì)低,“三廢”少,能得到優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。其缺點(diǎn)是投資大,設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,對(duì)材料要求高,要耐高溫、耐腐蝕,裝置難以維修,研究開(kāi)發(fā)難度大。
國(guó)外對(duì)鈦白粉的研究開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)應(yīng)用起步較早。自20世紀(jì)70年代起,鈦白粉生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)入成熟期。進(jìn)入80年代,特別是進(jìn)入90年代,隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格,硫酸法越來(lái)越受到限制。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家新上馬企業(yè)幾乎都用氯化法工藝。
我國(guó)鈦白粉工業(yè)起步較晚。1955年國(guó)內(nèi)開(kāi)始硫酸法制鈦白粉研究,1958年制成涂料用銳鈦型鈦白粉,1967年初步掌握硫酸法制金紅石型鈦白粉技術(shù)。國(guó)內(nèi)氯化法研究始于1967年,但由于諸多原因進(jìn)展不大。
目前國(guó)內(nèi)與發(fā)達(dá)國(guó)家差距有以下幾方面:一是生產(chǎn)技術(shù)落后。我國(guó)仍以硫酸法為主,工藝技術(shù)、設(shè)備、自控監(jiān)測(cè)、“三廢”處理、產(chǎn)品質(zhì)量與國(guó)外相比差距較大。二是生產(chǎn)規(guī)模小。國(guó)外裝置平均規(guī)模為6萬(wàn)噸/年,而我國(guó)僅為4000噸/年,很多企業(yè)只有幾百?lài)崱Ia(chǎn)規(guī)模小,能耗高,導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量差。三是原料品位低。國(guó)外大多采用高品位原料,而我國(guó)基本直接采用鈦鐵礦。礦源品位低,影響到產(chǎn)品質(zhì)量。四是產(chǎn)品質(zhì)量差。國(guó)外以光學(xué)性能好和遮蓋力、著色力、耐候性好的金紅石型鈦白粉為主,并有各種專(zhuān)用鈦白粉產(chǎn)品。我國(guó)則以銳鈦型為主,大部分未經(jīng)表面處理,專(zhuān)用產(chǎn)品少,且產(chǎn)品存在白度差、著色力低、研磨分散性差等缺點(diǎn)。
業(yè)內(nèi)人士針對(duì)我國(guó)鈦白粉工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀提出以下建議:一是開(kāi)發(fā)高檔和專(zhuān)用性強(qiáng)的產(chǎn)品,朝系列化、規(guī)格化、專(zhuān)用化方向發(fā)展,以滿(mǎn)足不同行業(yè)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求。二是對(duì)現(xiàn)有硫酸法制鈦白粉生產(chǎn)工藝、裝置進(jìn)行改造,擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模,增加品種,提高質(zhì)量,降低能耗,并綜合利用副產(chǎn)物。三是積極尋求與國(guó)外大公司合作,以此帶動(dòng)我國(guó)鈦白粉工業(yè)發(fā)展。
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