硫酸法和氯化法生产钛白粉产品在各应用领域优劣分析Word格式文档下载.doc
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沸腾氯化法是由美国杜邦公司（DuPontco）研究用氯化法制取钛白粉获得成功，并用于工业生产。
大部分氯化法工厂使用的原料是TiO2含量95%以上的天然金红石或TiO2含量90%左右的人造金红石和钛渣，成本较高，原料寻找难度较大，仅有美国杜邦公司的氯化法工艺使用TiO2含量60%~84%的混合矿。
而熔盐氯化法目前世界上仅有锦州铁合金（集团）一家公司采用，也是中国唯一的氯化法钛白生产线，这套装置于1994年通过技术咨询联合设计的方式建成总产量1.5万t/a的氯化法钛白生产装置，这套装置经过十几年的艰苦攻关，已基本达到设计要求，并于2003年开始筹建年产3万t／a的氯化法钛白粉工程，目前达产3.6万t／a。
氯化法生产工艺由于其独特的工艺技术受到国内外钛白粉业界的青睐，并已被列入国家产业结构调整中的鼓励类项目。
氯化法钛白工艺流程比硫酸法短得多，是用含钛的原料，如天然金红石、人造金红石或氯化高钛渣等与氯气反应生成四氯化钛，经精馏提纯，然后再进行气相氧化，在速冷后经过气固分离得到钛白粉。
主要包括四氯化钛的制备、氧化和二氧化钛的表面处理三大工艺过程。
（1）四氯化钛的制备：
用高品位钛铁矿或天然金红石、人造富钛料，采用加碳氯化工艺生产粗TiCl4；
氯化工艺可以是沸腾氯化、也可以是熔盐氯化，粗TiCl4经过提纯制取纯精TiCl4。
原料高钛渣、石油焦按配比配混料加入氯化炉中，底部通入氯气或氧化尾气在高温下进行氯化反应，炉气主要是四氯化钛、三氯化铝、三氯化铁、一氧化碳、二氧化碳等进入收尘器，把冷凝下来的高沸点氯化物收集下来，气相四氯化钛进入冷凝器，用四氯化钛液体冷凝并淋洗高沸点氯化物使四氯化钛气体净化之后进入低温冷凝器，把四氯化钛、四氯化硅等冷凝下来，不凝性气体经多级淋洗回收氯化氢、氯气后排空。
收尘器收集的氯化渣经水冲洗后，一般用石灰中和处理、过滤、渣送渣场堆存或用于生产水泥。
废水中氯化钙按浓度制得不同规格的氯化钙产品，其他废水处理合格后排放。
粗四氯化钛经过有机物除钒并除去高、低沸点氯化物得到精四氯化钛，过程中产生的含钒泥浆返回氯化工序处理。
（2）四氯化钛的氧化：
氧化是氯化法工艺的核心，四氯化钛的氧化是气相反应，精TiCl4经气相氧化制取符合颜料性能的金红石型TiO2粒子。
过程包括精四氯化钛预热并加入同步制备的三氯化铝，两步法氧气预热，进行氧化反应。
得到二氧化钛半产品和炉气经过冷却、气固分离、氯气返氯化回用。
分离出来的二氧化钛半成品制浆，脱氯送后处理加工；
（3）二氧化钛的表面处理
二氧化钛的表面处理又称后处理工序。
氯化法金红石型二氧化钛也需要进行表面处理，虽然有气相干法表面处理的报道，但实际生产中尚未采纳，工业上仍以湿法表面处理为主，其处理方法、处理剂和处理过程与硫酸法一样，所不同的是氯化法二氧化钛颜料的表面吸附有少量的余氯，必须除去后才能进行表面处理操作。
脱氯可以用热空气或含有0.1%硼酸的蒸汽处理，接着再用含有空气的蒸汽处理即可达到脱氯的目的，也可以采用水洗的办法除氯。
因后处理的工艺流程及设备与硫酸法大体一致，浆料可砂磨亦可不砂磨。
所以氯化法工艺流程与硫酸法的差异主要在四氯化钛制备、和氧化两个工序过程。
如图1所示。
图1氯化法与硫酸法工艺流程比较
二、钛白粉硫酸法和氯化法产品在各应用领域优劣分析
一、世界钛白粉市场消费构成
钛白粉被广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、陶瓷、化妆品、食品和医药等精细化工行业。
其最主要的应用领域是涂料、塑料和纸张，其消费构成如下：
涂料58%～60%；
塑料18%～20%；
纸张13%～14%；
橡胶、纤维、油墨、化妆品等行业占8%～10%（如图2所示）。
然而由于钛白粉的制造方法各有不同，所生产出的钛白粉产品性能也各有优劣，其应用效果自然也不尽相同。
钛白粉的主要制造方法有硫酸法和氯化法两种，那么两种不同工艺生产的钛白粉产品在各应用领域又有着怎样的优劣与不同呢？
图2世界钛白粉消费构成
1、两种工艺在涂料产品中的应用比较
（1）涂料对钛白粉性能的要求
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。
全球涂料工业所消费的TiO2占二氧化钛颜料总消费量的58%～60%，我国的此项消费比例更高一些，约为60%～65%左右。
钛白粉是涂料工业中用量最多的一种颜料，占涂料着色剂成本的一半，在涂料工业中的消费量占涂料工业消费各种颜料总量的90%，在涂料原料成本中占10%~25%。
白色颜料不胜枚举，为什么涂料多年来却只倾心于钛白粉呢？
主要是因为钛白粉在各种主要性能方面都远远优于其它白色颜料。
表1钛白粉与其它各种白色颜料主要性能对比
颜料名称
相对密度
折射率
消色力
遮盖力
雷诺数
相对值
钛白粉（金红石型）
4.2
2.76
1650
100
钛白粉（锐钛型）
3.91
2.55
1270
77
78
硫化锌
4
2.37
660
40
39
钡白（BaSO4）
4.5
1.64
锑白（Sb2O3）
5.67
2.09
280
17
15
锌白（ZnO）
5.6
2.02
200
12
14
锌钡白（立德粉）
1.84
260
16
铅白（碱式碳酸铅）
6.1
2
150
9
碱式碳酸铅
6.2
1.93
120
7
10
从表1可知，钛白粉具有最高的折射系数，故有最高的遮盖力（不透明度）和消色力等光学性能，明亮的白度，很高的光泽以及良好的分散性。
从理论上讲，在遮盖力方面，金红石型钛白粉是普通立德粉的5.56倍，锐钛型钛白粉是普通立德粉的4.43倍；
在消色力方面，金红石型钛白粉是立德粉的6.25倍，锐钛型钛白粉是普通立德粉的5.56倍。
故单从使用效果看，1吨钛白粉至少相当于4吨普通立德粉；
从使用寿命（主要指室外抗粉化性）看，用钛白粉作颜料的涂层比用普通立德粉作颜料的涂层高3倍，这便是涂料长期以来一直选择钛白粉的原因。
钛白粉是涂料中不可缺少的组成部分之一，其作用不仅仅是遮盖和装饰性，更重要的是改善涂料的物理和化学性能，提高涂膜的机械强度、附着力、防腐蚀性、耐光耐候性。
因此，应用钛白粉时除了应从基料、溶剂、助剂等方面考虑外，同时要从颜料特性、制漆性能等方面来考虑，合理选择适合涂料性能要求的钛白粉品种及规格型号。
涂料工业通常使用颜料级钛白粉，其对钛白粉的质量要求，一、白度要好；
二、研磨润湿性好，易于分散；
三、耐候性、耐久性要好；
四、化学稳定性好；
五、粒度小，遮盖力大，消色力高，不透明度和光泽度好。
常用涂料对钛白粉特性的要求如表2所示。
表2常用涂料对钛白粉特性的要求
项目
建筑用涂料
常温干燥型瓷漆（烤漆型极少）
乳胶涂料
外部用
耐候性、遮盖力、美观性
耐候性、遮盖力、美观性（外部用较少）
内部用
遮盖力、美观性
工业用涂料
汽车用涂料
家电用
上涂
耐候性、遮盖力、美观性、分散性
中涂
耐候性、遮盖力、分散性
下涂
分散性
（2）两种工艺钛白粉在涂料应用中的比较
众所周知，钛白粉的工艺方法主要分为硫酸法与氯化法，二者由于生产原料和工艺程序的不同，造成产品的性能各有优劣。
从表2中可以看出，基于不同涂料的使用特性，对钛白粉耐候性、遮盖力、美观性、分散性几方面都有不同的要求，两种不同的生产工艺硫酸法与氯化法的应用效果如下：
表3硫酸法与氯化法钛白粉应用效果比较
锐钛型
包膜锐钛型
硫酸法金红石
氯化法金红石
使用量
大
很少
较少
粉末品种
户内粉
户内/户外粉
户外粉
分散性能
差
好
遮盖力方面
很好
表面性能
流动性
耐黄变性
调色稳定性
一般
较好
根据涂料性能的要求，选择能够满足涂料和涂膜性能要求的钛白粉品种是很重要的。
从表3中可以看出，以氯化法金红石生产的产品为最佳，是当前市场上最好的白色颜料，其综合性能优异，是涂料中首选的白色颜料，也是浅色涂料的必用颜料。
由于表面处理工艺的不同，钛白粉有不同的型号，可以根据所配制涂料的特点，如是否要求高光泽，或高遮盖力，或高抗粉化性等，选择具体的品种。
用硫酸法工艺生产的金红石型钛白粉，由于锐钛型向金红石型转化率比氯化法低，故产品的白度和对光的稳定性较氯化法稍差，但价格较低些。
2、两种工艺在塑料产品中的应用比较
（1）塑料对钛白粉性能的要求
塑料工业是钛白粉的第二大用户，占世界钛白粉需求总量的20%左右，是近几年钛白粉应用增长最快的领域，年均增长率达6%，全世界500余个钛白粉牌号中，有50多个牌号是属于塑料专用型。
塑料的一个重要分支，也是钛白粉在塑料中的重要应用领域——UPVC异型材，近十年来在中国发展速度惊人，以平均10%的速度递增。
2008年全国型材产量380万吨，所用金红石型TiO2约13.5万吨。
按全国型材每年10%递增，2009年全国型材行业所需TiO2约15万吨，而2010年已达到16.5万吨。
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，曾强制品的机械强度，延长使用寿命。
而且，近年来随着人们对环境保护和能源节约意识的不断加强，今后以塑代钢的步伐会越来越快，塑料制品在我们的生活中所占的比例也会越来越大。
有人预计，在不久的将来，塑料的需求会超过钢铁，作为塑料填料的基本颜料，钛白粉的需求也会逐年增多。
UPVC异型材在塑料行业中的地位也是越来越重要，U
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