鈦白粉是當今世界發(fā)展較快的化工產品,廣泛應用于許多領域。
目前,全球鈦白粉產需基本持平,生產地主要集中在北美和西歐,其中美國是世界上最大的生產國。
我國鈦資源約占世界總儲量的1/5,但鈦白粉產量僅占世界總產量的3%~5%,說明我國鈦白粉工業(yè)還很落后。發(fā)展我國鈦白粉工業(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,同時具有較高的化學穩(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,特別是金紅石型鈦白粉,大部分被涂料工業(yè)所消耗。隨著我國汽車工業(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,而且對品種和質量也有更高的要求。
用鈦白粉制造的涂料,色彩鮮艷,遮蓋力高,著色力強,用量省,品種多,對介質的物理穩(wěn)定性可起到保護作用,并能增強漆膜的機械強度和附著力,防止裂紋,防止紫外線和水分透過,延長漆膜壽命。
用鈦白粉制得的瓷釉透明度強,具有質量輕、抗沖擊力強、機械性能好、色彩鮮艷、不易污染等特點。
塑料工業(yè)是鈦白粉的第二大用戶。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性能得到改善,增強制品的機械強度,延長使用壽命。
鈦白粉在橡膠工業(yè)中既作為著色劑,又具有補強、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,主要用于汽車輪胎以及膠鞋、橡膠地板、手套、運動器材等,一般以銳鈦型為主。但用于汽車輪胎生產時,常加入一定量的金紅石型產品,以增強其抗臭氧和抗紫外線能力。
鈦白粉是高級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。鈦白粉作為紙張?zhí)盍希饕迷诟呒壖垙埡捅⌒图堉。在紙張中加入鈦白粉,可使紙張具有較好的白度,光澤好,強度高,薄而光滑,印刷時不穿透,質量輕。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)過表面處理的金紅石型鈦白粉,以滿足耐光、耐熱的要求。
紡織和化學纖維行業(yè)是鈦白粉的另一個重要應用領域。化纖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作用,避免纖維在二氧化鈦光催化的作用下降解,需進行表面處理。
鈦白粉的生產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行酸解反應生產硫酸亞鈦,經(jīng)水解生成偏鈦酸,再經(jīng)煅燒、粉碎即得到鈦白粉產品。此法可生產銳鈦型和金紅石型鈦白粉。硫酸法的優(yōu)點是能以價低易得的鈦鐵礦與硫酸為原料,技術較成熟,設備簡單,防腐蝕材料易解決。其缺點是流程長,只能以間歇操作為主,濕法操作,硫酸、水消耗高,廢物及副產物多,對環(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行高溫氯化生產四氯化鈦,經(jīng)高溫氧化,再經(jīng)過濾、水洗、干燥、粉碎得到鈦白粉產品。氯化法只能生產金紅石型產品。氯化法優(yōu)點是流程短,生產能力易擴大,連續(xù)自動化程度高,能耗相對低,“三廢”少,能得到優(yōu)質產品。其缺點是投資大,設備結構復雜,對材料要求高,要耐高溫、耐腐蝕,裝置難以維修,研究開發(fā)難度大。
國外對鈦白粉的研究開發(fā)、生產應用起步較早。自20世紀70年代起,鈦白粉生產技術進入成熟期。進入80年代,特別是進入90年代,隨著環(huán)保要求的日益嚴格,硫酸法越來越受到限制。工業(yè)發(fā)達國家新上馬企業(yè)幾乎都用氯化法工藝。
我國鈦白粉工業(yè)起步較晚。1955年國內開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。國內氯化法研究始于1967年,但由于諸多原因進展不大。
目前國內與發(fā)達國家差距有以下幾方面:一是生產技術落后。我國仍以硫酸法為主,工藝技術、設備、自控監(jiān)測、“三廢”處理、產品質量與國外相比差距較大。二是生產規(guī)模小。國外裝置平均規(guī)模為6萬噸/年,而我國僅為4000噸/年,很多企業(yè)只有幾百噸。生產規(guī)模小,能耗高,導致產品質量差。三是原料品位低。國外大多采用高品位原料,而我國基本直接采用鈦鐵礦。礦源品位低,影響到產品質量。四是產品質量差。國外以光學性能好和遮蓋力、著色力、耐候性好的金紅石型鈦白粉為主,并有各種專用鈦白粉產品。我國則以銳鈦型為主,大部分未經(jīng)表面處理,專用產品少,且產品存在白度差、著色力低、研磨分散性差等缺點。
業(yè)內人士針對我國鈦白粉工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀提出以下建議:一是開發(fā)高檔和專用性強的產品,朝系列化、規(guī)格化、專用化方向發(fā)展,以滿足不同行業(yè)對產品的質量要求。二是對現(xiàn)有硫酸法制鈦白粉生產工藝、裝置進行改造,擴大生產規(guī)模,增加品種,提高質量,降低能耗,并綜合利用副產物。三是積極尋求與國外大公司合作,以此帶動我國鈦白粉工業(yè)發(fā)展。
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