钛白粉生产工艺深度解析

经验 2024年12月30日 08:06 109 楚莎

一、引言

钛白粉（TiO₂），学名二氧化钛，是一种重要的无机化工产品，它以其卓越的光学性能、良好的遮盖力、着色力以及稳定性而广泛应用于涂料、塑料、造纸、油墨、化纤等众多领域，在现代社会中，钛白粉的应用几乎涵盖了我们生活的方方面面，从建筑外墙到日常生活用品，都离不开这种神奇的白色粉末，这样一种重要且常见的材料到底是如何被生产出来的呢？接下来我们将深入探讨钛白粉的生产工艺。

二、钛白粉生产工艺概述

世界上主要采用硫酸法和氯化法两种工艺来生产钛白粉，其中硫酸法是应用较为广泛的工艺，在我国钛白粉总产量中占比很大；而氯化法则代表了钛白粉生产的先进方向，其产品品质更高，但对设备和技术的要求也更为严格。

（一）硫酸法生产工艺流程

1、原料准备

- 钛铁矿（FeTiO₃）是硫酸法生产钛白粉的主要原料，首先需要将钛铁矿进行破碎、磨细，使其粒度达到一定的要求，一般情况下，钛铁矿要经过颚式破碎机、圆锥破碎机等设备的多级破碎，再通过球磨机或雷蒙磨等设备进一步研磨成微细颗粒。

- 还需要准备好浓硫酸（H₂SO₄），浓硫酸的质量浓度通常在98%左右，其纯度对于反应过程和产品质量有着至关重要的影响，在储存和运输过程中，要确保浓硫酸不受污染，并采取适当的防护措施以防止腐蚀。

2、酸解反应

- 将磨细后的钛铁矿与浓硫酸按照一定的比例混合后，放入酸解釜中进行反应，在酸解釜内，加热并搅拌物料，使钛铁矿中的钛元素与浓硫酸发生化学反应，生成可溶性的硫酸氧钛（TiOSO₄），这一反应是一个放热反应，在反应过程中温度会逐渐升高，为了控制反应温度，通常采用夹套冷却的方式，即在酸解釜外壁设置冷却水通道，通过循环冷却水带走多余的热量，使反应温度保持在合适的范围内（一般为100 - 130℃），酸解反应的时间根据原料的不同而有所差异，一般需要几个小时到十几个小时不等。

- 反应完成后，得到的酸解液中含有硫酸氧钛、未反应的硫酸以及其他杂质成分，此时的酸解液呈棕褐色，浑浊不清，含有大量的悬浮物。

3、沉降与过滤

- 从酸解釜中排出的酸解液进入沉降槽进行沉降处理，在沉降槽内，由于密度差异，较重的固体杂质如未反应完全的钛铁矿渣、铁杂质等会逐渐沉降到槽底，而上层则为相对清澈的硫酸氧钛溶液，沉降时间一般较长，可能需要数小时甚至更久。

- 沉降后的酸解液经过滤机进行过滤操作，常用的过滤机有板框压滤机、带式过滤机等，过滤的目的是进一步去除残留的固体杂质，提高硫酸氧钛溶液的纯净度，过滤后的清液被称为“稀酸浸出液”，可以直接进入后续工序，而滤渣则需要进行洗涤回收部分有价值的成分后作为废渣处理。

4、水解反应

- 稀酸浸出液被送入水解釜中进行水解反应，在水解釜内，向稀酸浸出液中加入适量的热水，使硫酸氧钛水解生成偏钛酸（H₂TiO₃），这是一个复杂的化学反应过程，随着反应的进行，溶液的颜色由黄色逐渐变为白色，并且有大量白色沉淀析出，水解反应的温度一般控制在90 - 95℃之间，反应时间也需要根据实际情况精确控制，以确保水解反应的完全性和产物的纯度。

- 水解反应结束后，得到的偏钛酸浆料需要进行固液分离，通常采用离心机或真空抽滤设备进行分离，分离后的偏钛酸滤饼含水量较高，一般在60% - 70%左右。

5、煅烧

- 偏钛酸滤饼需要经过干燥和煅烧才能转化为合格的钛白粉产品，首先将其放入干燥设备中进行干燥处理，去除大部分水分，干燥后的偏钛酸被送入回转窑或流态化煅烧炉等设备中进行高温煅烧，煅烧温度一般在800 - 1000℃之间，在高温下，偏钛酸分解脱水形成锐钛型或金红石型二氧化钛晶体，煅烧过程中，晶体结构的转变对于钛白粉的性能有着重要影响，金红石型钛白粉具有更高的耐候性和耐光性，因此在很多高端应用领域备受青睐。

- 在煅烧过程中，还会添加一些辅助剂，如铝硅酸盐类物质，这些辅助剂可以促进晶体的生长和完善，提高钛白粉产品的质量。

6、粉碎与包装

- 煅烧后的钛白粉颗粒较大，需要经过粉碎设备如气流粉碎机、机械粉碎机等进行超细粉碎，使其粒径达到纳米级或亚微米级，超细粉碎后的钛白粉具有更好的分散性、遮盖力和着色力等性能。

- 将粉碎好的钛白粉进行筛分分级，剔除不合格的大颗粒，然后按照不同的规格进行包装，包装方式有袋装、吨包等形式，方便运输和销售。

（二）氯化法生产工艺流程

1、原料准备

- 氯化法生产钛白粉所用的原料主要是天然金红石或人造金红石，天然金红石是一种含钛量较高的矿物，其化学组成主要为TiO₂，同时可能还含有少量的杂质元素，人造金红石则是通过将钛铁矿或其他含钛原料经过预处理加工而成的，与硫酸法相比，氯化法对原料的要求更为严格，原料中的杂质含量必须非常低，以保证最终产品的质量和生产过程的顺利进行。

- 还需要准备好氯气（Cl₂）和石油焦等辅助原料，氯气是氯化法的关键反应原料，其纯度和供应稳定性直接关系到生产的安全和效率，石油焦主要用于提供碳源，在氯化反应中起到还原剂的作用。

2、氯化反应

- 在氯化炉中，将原料（天然金红石或人造金红石）、石油焦和氯气按一定比例混合后进行反应，氯化炉一般为流化床反应器或沸腾炉等形式，在高温（900 - 1100℃）条件下，氯气与原料中的钛元素发生反应，生成四氯化钛（TiCl₄）气体，石油焦与氧气反应产生二氧化碳（CO₂）等副产物。

- 氯化反应产生的四氯化钛气体夹带着未反应的原料粉尘等杂质一起从氯化炉顶部排出，需要经过旋风分离器、布袋除尘器等设备进行初步净化，去除大部分的固体杂质。

3、精制

- 净化后的四氯化钛气体被冷凝为液体状态，然后将四氯化钛液体送入精馏塔进行精制，在精馏塔内，利用不同组分沸点的差异，将四氯化钛与其他杂质成分（如钒、铬等杂质的氯化物）进行分离提纯，精制后的四氯化钛纯度极高，达到了生产高品质钛白粉的要求。

4、氧化反应

- 精制后的四氯化钛被送入氧化炉中进行氧化反应，在氧化炉内，通入适量的空气或氧气，使四氯化钛在高温（1300 - 1400℃）下迅速氧化分解，生成二氧化钛和氯化氢（HCl），氧化反应过程中，形成的二氧化钛晶体直接以气溶胶的形式存在，随后沉降下来形成粉末状的钛白粉产品。

- 氧化反应的速度非常快，整个过程可以在瞬间完成，通过控制反应条件，可以使生成的二氧化钛晶体主要为金红石型，从而保证产品的优良性能。

5、后处理

- 氧化反应后的钛白粉粉末同样需要经过粉碎、筛分等后处理步骤，由于氯化法生产的钛白粉颗粒本身就比较细小，所以粉碎的程度相对较低，最后进行包装，包装方式与硫酸法类似。

三、两种生产工艺的优缺点对比

（一）硫酸法的优点

1、原料来源广泛

- 钛铁矿资源丰富，分布广泛，价格相对较为便宜，这使得硫酸法的成本优势明显，许多地区都可以找到钛铁矿资源，降低了原料运输成本，同时也提高了生产的灵活性。

2、技术成熟

- 经过多年的不断发展和完善，硫酸法生产工艺已经非常成熟稳定，相关的生产设备、工艺参数等都有大量的

钛白粉生产工艺深度解析

（一）硫酸法生产工艺流程

（二）氯化法生产工艺流程

（一）硫酸法的优点

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