硫酸法钛白粉生产

硫酸法生产钛白粉钛白粉的性质钛白粉各指标的含义及影响因素钛白粉的应用领域硫酸法钛白粉生产工艺钛白粉的性质•钛白粉化学名二氧化钛，商用名钛白，分子式TiO2。•二氧化钛是多晶型化合物，自然界中存在三种结晶形态：金红石型（R)，锐态型（A）和板钛型。•板钛型属斜方晶系，不稳定晶型，当加热高于650℃会直接转化为金红石型，目前无实际工业价值。•钛白粉无毒，化学性质很稳定。在常温下几乎不与其它物质反应。•1)与浓硫酸的反应长时间煮沸情况下，TiO2能溶于浓硫酸，生成硫酸钛或硫酸氧钛。生产中，常用此反应测定成品或半成品的TiO2含量。为加速其溶解，可在硫酸中加入硫酸铵或碱金属硫酸盐，使其沸点升高或起共同离子作用。•2)与硫酸盐反应TiO2可与酸式硫酸盐（如硫酸氢钾)或焦硫酸钾共熔转变为可溶性的硫酸钛或硫酸氧钛。此反应用于钛铁矿钛含量分析。•3)与强碱或碱金属碳酸盐熔融TiO2与强碱或碱金属碳酸盐熔融能转化为钛酸盐。金红石生产中煅烧晶种的制备•4)溶于氢氟酸钛白粉各指标的含义及影响因素1.白度•物质对可见光中不同波长的光波吸收和反射程度的不同形成了各种色彩。所谓白度就是物质对可见光吸收和反射两部分之比。•钛白粉在均匀反射的同时，对近紫外的400~500nm区域有一定吸收作用，因而带有轻微乳黄色。•影响白度的因素主要有以下三方面：1)钛白粉中有害杂质元素主要是一些过渡性金属元素，其氧化物往往显色。即使含量甚微也会对白度产生不良影响，如铁铬铜锰钒铅钴等。金属氧化物影响钛白粉相应的颜色目测显色时的极限含量/%铬氧化物黄或褐带微黄1.5×10-4钴氧化物灰带微黄7.0×10-4氧化铁红黄30×10-4锰氧化物灰30×10-4钒氧化物灰带浅蓝70×10-4铜氧化物灰带微黄30×10-4表2金属氧化物在钛白粉中的显色浓度及所显色相2)钛白粉的粒度分布及形状•粒子大小应控制在可见光波长（0.4~0.7um)的一半，即0.2~0.35um，这样才有高的光散射。当粒子小于0.1um时会发生光衍射而相当于透明，当粒子大于0.5um时，散射明显减小。•对波长短的蓝光而言光散射最好粒径在0.2um左右，而对波长长的红光,光散射最大的粒径在0.3um左右，因此小粒径的钛白粉散射光呈蓝相，大粒径的钛白粉散射光带红相。•外形轮廓光滑不带棱角，棱角表面会减弱对光的反射光学性能.3)晶型的影响当出现混晶现象时，会降低白度。•白度主要分干粉白度和油相白度：油相白度：试样与标样，分别与亚麻仁油研磨混合均匀后，用湿膜制备器刮板，肉眼比较，分：低于，微差于，近似，不低于4个等级CIEL*a*b*-色彩模型.黑白L*红+a*黄+b*兰-b*色彩是人眼对颜色的感觉，根据这种感觉可以分辨各种颜色.绿-a*CIEL*a*b*色空间是基于一种颜色不能同时即是绿又是红,也不能既是兰又是黄着个理论而建立的.*CIE=国际照明协会.单一数值可用于描述红/绿色及黄/兰色特征.因此当一种颜色用CIEL*a*b*表示时,L*代表明度值,a*代表红/绿值,b*代表黄/兰值.2.遮盖力•遮盖力即不透明度，指当一件物体涂以某种涂料时涂料中的颜料能遮盖被涂物体表面的底色的能力。•两种表示方法：每平方厘米被涂物体的表面积在达到完全被遮盖时所需要用颜料的最低质量（g/cm2）。•每克颜料能遮盖被涂物体的表面积来表示。•影响因素：折射率颜料的粒径大小及形状分散性3.消色力•消色力也称为着色力，就是颜料加到展色剂中改变展色剂颜色的能力，有时为了区别白色颜料和着色颜料，把着色颜料的着色能力称为着色力，把白色颜料的着色能力称为消色力。雷诺数法(仪器法）和相对消色力法（目视法）：通常是将钛白粉样品和标样分别与展色剂（群青或炭黑）混合后，用亚麻仁油研磨，然后将样品与标样比较颜色的深浅，样品达到标样的百分率。例如我们武汉方圆的锐钛型钛白粉的消色力一般在104~107。•影响因素：折射率，粒度，粒度分布，制备条件(煅烧和水解）等。4.吸油量•是表示颜料粉末与展色剂相互关系的一种物理数值，说明颜料与展色剂之间的混合润湿分散，关系到涂料的配方和成膜后的各种物性。•表示方式：100g颜料在达到完全润湿时所需要的油最低值。•影响因素：粒径，粒度分度，粒子的形状。5.分散性•油分散性和水分散性•影响因素：粒径大小，表面电荷，pH值，表面吸附状态，也与分散剂种类，及用量研磨设备和分散工艺有关。6.耐候性颜料制成油漆经涂抹后成漆膜，经日晒雨淋，受阳光氧气水和温度的综合左右，会发生黄变失光粉化等老化现象。颜料能抗拒发生上述变化的能力即耐候性。钛白粉的应用领域•涂料工业涂料对钛白颜料的要求可用性：最主要的是分散性，功能性：最主要的是颜色、遮盖力、耐久性光泽度好，遮盖力大，吸油量低；•塑料工业以色母粒的形式应用，要求可加工性，即与塑料的相容性；•造纸工业•油墨行业•化纤工业•食品医药日化•其它硫酸法钛白粉生产工艺硫酸法生产工艺流程图:1.钛矿的粉碎•粉碎要求：矿粉细度小，粒度分布窄而均匀，325目过筛小于10%；•粉碎设备：雷蒙磨和球磨机•雷蒙磨：靠摆轮的重力及离心力对钢圈产生挤压和研磨作用，达到粉碎的目的。主要调节投料量，离析器和风机风压来控制出料粒度。•球磨机：万吨级项目。采用研磨介质是直径大小不等的球体，球与球之间的摩擦使其间的矿粉被研磨。2.酸解，还原沉降过程：将钛铁矿中的钛酸铁和可溶性杂质分解成硫酸盐溶解于水形成悬浮液，以便后续通过沉降和过滤除掉不溶性杂质。FeTiO3+3H2SO4→Ti(SO4)2+FeSO4+3H2OFeTiO3+2H2SO4→TiOSO4+FeSO4+2H2O沉降•酸解得到的钛液属于极其复杂的悬浮液，里面有未分解的钛铁矿，也有没参与反应的白石，石英砂，金红石等，也有硅铝等元素形成的胶体。这些不溶性杂质在钛液中有很强的稳定性，特别是胶体，单靠重力沉降不足以去除。需加入沉降剂使得分散的细颗粒聚集成大颗粒，提高沉降分离的速度和效率。•常用的沉降剂：有机絮凝剂：改性的聚丙烯酰胺AMPAMSb2O3-FeS絮凝剂Sb2O3-FeS絮凝剂Sb2O3+H2SO4=Sb2(SO4)3+3H2OFeS+H2SO4=FeSO4+H2S↑3H2S+Sb2(SO4)3=Sb2S3↓+3H2SO4最后生成的硫化锑是带负电荷的胶团，它与钛液中带正电荷的悬浮离子及胶体离子产生电中和，使分散状态的胶体颗粒发生凝聚，从而絮凝沉降。3.硫酸亚铁的结晶与分离•冷冻结晶：经过沉降除去大部分不溶性残渣的钛液中，还含有大量的可溶性铁盐-硫酸亚铁，降低钛液温度，达到过饱和状态，亚铁结晶析出；•目的：（1）有利于后期偏钛酸的水洗，缩短水洗时间提高效率；（2）可以调整铁钛比，符合水解工艺；（3）除去硫酸亚铁可以带走大量结晶水，提高总钛浓度；（4）避免输送和存放过程中硫酸亚铁结晶析出，堵塞管道4.钛液浓缩•颜料级钛白水解总钛控制在（200±5）g/L，才能得到颗粒细而均匀的偏钛酸；•钛液水解的临界温度只有80℃,所以要采用真空浓缩去除溶剂（水）。沸点与压力成正比，要使浓缩温度不超过75℃，其真空度必须控制在8×104Pa以上；•薄膜浓缩器—连续真空浓缩钛液经流量计从底部的加料室进入钛管蒸发器，在此受管外的蒸汽加热，蒸发出来的水汽以很快的速度在管内上升，钛液被这高速气流拉成薄膜，在极短的时间内上升至浓缩器顶部涌出，在分离器进行气液分离，浓钛液经溢流管进入钛液水封池，蒸汽则经冷却水混合冷凝后通过气管排到水封池流出系统外。5.钛液水解制备方式：自生晶种和外加晶种•诱导热水解按一定的速度进行，保证制得的粒子大小适当均匀，消除无规则结晶中心的影响；•能使水解速度加快，水解反应进行得较完全，得到较高水解率和优良颜料性能；•浓缩交料6大指标：总钛，铁钛比，F值，稳定度，澄清度，三价钛•水解过程3阶段:结晶中心-晶核的制备晶核的成长与沉淀的形成以晶核为成长中心，钛在晶核表面发生固析，促使晶体的长大，使偏钛酸粒子凝聚沉淀指标对水解影响总钛浓度总钛浓度高，钛液稳定性好，不良结晶中心少，水解颗粒细，消色力高；总钛浓度超过200g/L后，总钛浓度的提高对消色力的影响已不显著F值F值高，水解受抑制，水解粒子较粗，水洗速度慢；F值较低，水解速度快，容易导致粒径不均匀，但偏钛酸粒子较细不易水洗。铁钛比影响总粒子浓度，一定程度上可以起着调节水解速度和控制粒子大小的作用。一般铁钛比高的钛液水解速度慢，所生成的水合二氧化钛的粒子较细，水洗时间较长。三价钛三价钛含量过高，对水解有抑制作用，同时在低pH下三价钛不会水解（pH3才水解）,留在母液中的三价钛会在水洗和过滤过程中同滤液一同被排掉，降低收率。指标对水解影响稳定度稳定度差的钛液有许多不规则的结晶中心,其组成、数量和粒径等方面都是无序和无法控制的，而且吸附较多杂质，它们的存在使得水解生成的水合二氧化钛粒子不均匀，延长水洗和过滤时间，而且煅烧时脱硫困难，粒子易烧结变硬，最终使得产品的颜料性能和应用性能变差。澄清度澄清度的好坏与稳定度密切相关，澄清度差说明钛液中杂质多，这些杂质包括早期水解的胶体二氧化钛颗粒，控制过滤时未能分离干净的助滤剂，重金属的杂质硫酸盐和硫化物。6.偏钛酸的水洗•水解后的偏钛酸是水合二氧化钛粒子的聚集体，吸附了大量母液，组成一般为:TiO2160~180g/L，H2SO422%~30%FeSO4.7H2O200~250g/L•设备:真空叶滤机利用真空造成的压力差，将滤液吸过过滤介质，固体偏钛酸吸附在介质表面，水洗时清水不断将溶解性杂质离子带过过滤层而去除。•影响因素：真空度偏钛酸的粒度水洗温度水洗时间水洗的酸度滤饼厚度过滤介质7.偏钛酸的漂白水洗时间的延长，酸度降低，铁以氢氧化高铁形式存在，无法通过延长水洗时间去除，必须进行漂白转化为可溶性的亚铁，再经过二洗去除。漂白就是高铁被还原为亚铁的过程。8.盐处理•锐态型盐处理剂：钾盐，磷酸，铵盐。•钾盐:有助于粒子的成型，降低脱硫温度，提高脱硫速度，同时抑制粒子的生长速度和向金红石转化•磷酸：和铁形成白色的磷酸铁和淡黄色的磷酸高铁防止铁在煅烧时形成红棕色的氧化铁，改善白度•铵盐：一般使用碳酸氢铵，产品柔软，提高白度，消色力和分散性。9.偏钛酸的煅烧•回转窑内偏钛酸煅烧经历3个阶段：脱水过程：TiO2·xH2O·ySO3→TiO2·ySO3+xH2O(水蒸气)脱硫过程：TiO2·ySO3→TiO2+ySO3↑晶型转化过程：经过脱水和脱硫后的二氧化钛，虽具有锐态的微晶结构（粒径非常小的聚集体），因此仍属于不定型的，需在高温区转化为固定晶型的二氧化钛。主要控制参数：要点：控制窑内的温度梯度，有合适的煅烧强度，保证脱水脱硫晶型转化过程的充分进行；煅烧强度煅烧温度和时间的结合；煅烧温度低，即使延充分的长煅烧时间，偏钛酸在窑内高温段也得不到热量进行晶型转化，此时得到的料子白度虽然好，但是消色力差，吸油量高，遮盖力低，pH值低；煅烧温度过高，则白度差，亮度值低；因此要控制好煅烧温度和时间调整好适当的煅烧强度，才能得到白度好，消色力高，吸油量低的产品，颜料性能优异。影响煅烧强度的因素：•进料参数：偏钛酸固含量，进料量（料层厚度）•温度梯度：各个关键测温点的温度控制，主要是通过燃料天然气的供给量，窑头一次风和二次风的配比，窑尾风机的负压，沉降室的蝶阀开度，砂封温度•窑转速•窑的通风情况：氧化气氛•生产中，通过外观颜色，万能pH试剂滴落窑品判断落窑品的pH值，作为调整煅烧参数的参考指标•影响煅烧产品质量的原因比较复杂，在调整上通常是各个因素互相制约，因此往往需要牺牲其中的某些指标来确保另外一些指标。•在指标分析上，落窑品的检测指标一般有干粉白度，油相白度，消色力等。煅烧因素对主要指标的影响如下：指标煅烧因素影响消色力窑头温度：消色力随温度的升高而升高，但温度过高会急剧下降；煅烧时间：停留时间过短，物料夹生，晶型转化不完全，消色力低；料层过厚及浆料水分高，不利于脱硫和晶型转化；白度窑头温度过高物料烧结，色泽黄灰；窑内气氛不好，高温区停留过久形状尖角烧结；都会引起白度下降吸油量夹