二氧化钛发展应用及工艺技术.docx

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二氧化钛发展应用及工艺技术

二氧化钛发展应用及工艺

一、二氧化钛性质及应用

1.二氧化钛性质……………………………………………………………………………………………………3

1.1晶型性质………………………………………………………………………………………………………….3

1.2物理性质……………………………………………………………………………………………………………..4

1.3化学性质……………………………………………………………………………………………………………..6

1.4光学性质……………………………………………………………………………………………………………..8

1.5颜料性质…………………………………………………………………………………………………………..13

2.二氧化钛用途………………………………………………………………………………………………….17

2.1二氧化钛颜料应用…………………………………………………………………………………………..17

2.1.1涂料应用…………………………………………………………………………………………………………17

2.1.2塑料应用…………………………………………………………………………………………………………20

2.1.3纸张应用……………………………………………………………………………………………………….21

2.1.4橡胶应用……………………………………………………………………………………………………….23

2.1.5化学纤维应用……………………………………………………………………………………………….23

2.1.6油墨应用………………………………………………………………………………………………………24

2.1.7化妆品应用…………………………………………………………………………………………………….25

2.1.8医药应用…………………………………………………………………………………………………………25

2.1.9食品应用……………………………………………………………………………………………………….25

2.1.10其它应用………………………………………………………………………………………………………26

2.2非颜料级二氧化钛的应用……………………………………………………………………………….26

2.2.1搪瓷应用……………………………………………………………………………………………………….26

2.2.2电焊条应用…………………………………………………………………………………………………….26

2.2.3陶瓷玻璃应用…………………………………………………………………………………………………27

2.2.4电子陶瓷应用………………………………………………………………………………………………..27

2.2.5冶金应用………………………………………………………………………………………………………28

2.2.6其它应用………………………………………………………………………………………………………28

二、钛白粉的发展

1.钛白粉产业链……………………………………………………………………………………………………28

2.钛白粉应用领域份额………………………………………………………………………………………..28

3.钛白粉行情展望………………………………………………………………………………………………..29

3.12013上半年进出口统计………………………………………………………………………………….29

3.2国内钛白市场…………………………………………………………………………………………………31

三、工艺介绍

1.硫酸法………………………………………………………………………………………………………………..35

2.氯化法……………………………………………………………………………………………………………….38

3.氯化法钛白独有优势…………………………………………………………………………………………41

二氧化钛应用调研

一、二氧化钛性质及应用

1.二氧化钛性质

1.1晶型性质

二氧化钛在自然界有三种结晶形态：

金红石型、锐钛型和板钛型。

板钛型属斜方晶系，是不稳定的晶型，在650℃以上即转化成金红石型，因此在工业上没有实用价值。

锐钛型在常温下是稳定的，但在高温下要向金红石型转化。

其转化强度视制造方法及煅烧过程中是否加有抑制或促进剂等条件有关。

一般认为在165℃以下几乎不进行晶型转化，超过730℃时转化得很快。

金红石型是二氧化钛最稳定的结晶形态，结构致密，与锐钛型相比有较高的硬度、密度、介电常数与折光率。

金红石型和锐钛型都属于四方晶系，但具有不同的晶格，因而X射线图象也不同，锐钛型二氧化钛的衍射角位于25.5°，金红石型的衍射角位于27.5°。

金红石型的晶体细长，呈棱形，通常是孪晶；而锐钛型一般近似规则的八面体。

金红石型比起锐钛型来说，由于其单位晶格由两个二氧化钛分子组成而锐钛型却是由四个二氧化钛分子组成，故其单位晶格较小且紧密，所以具有较大的稳定性和相对密度，，因此具有较高的折射率和和介电常数及较低的热传导性。

二氧化钛的三种同分异构体中只有金红石型最稳定，也只有金红石型可通过热转换获得。

天然板钛矿在650℃以上即转换为金红石型，

锐钛矿在915℃左右也能转变呈金红石型。

1.2物理性质

1.2.1相对密度

二氧化钛的相对密度随其结晶形态、粒径大小、化学组分、特别是与表面处理量大小有关，在制造过程中，随煅烧温度的提高和煅烧时间的延长而增长。

在常用的白色颜料中，二氧化钛的相对密度最小，同等质量的白色颜料，二氧化钛的表面积最大，颜料体积最高。

锐钛型二氧化钛的相对密度3.8～3.9g/cm3，金红石型二氧化钛的相对密度为4.2～4.3g/cm3。

1.2.2熔点和沸点

由于锐钛型和板钛型二氧化钛在高温下都会转变成金红石型，因此它们的熔点和沸点实际上是不存在的。

金红石型二氧化钛的熔点数值各资料记载不一致，一般认为在1800~1875℃，有资料介绍在空气中的熔点为1830±15℃，而在富氧中的熔点为1879±15℃，熔点与二氧化钛的纯度有关。

金红石型二氧化钛的沸点为（3200±300）K。

1.2.3介电常数

由于二氧化钛的介电常数较高，因此具有优良的电学性能。

在外电场的作用下，其离子之间相互作用，形成了极强的局部内电场。

在这个内电场的作用下，离子外层电子轨道发生了强烈变形，离子本身也随之发生了很大位移。

二氧化钛晶型所含微量杂质等都对介电常数影响很大。

金红石型的介电常数随二氧化钛晶体的方向而不同：

当与C轴相平行时，测得其介电常数180；呈直角时为90；其粉末平均值为114。

锐钛型二氧化钛的介电常数只有48。

1.2.4电导率

二氧化钛具有半导体的性能，其电导率随温度的上升而迅速增加，而且对缺氧也非常敏感。

如金红石型二氧化钛在20℃时还是绝缘体，但加热到420℃时电导率增加了107倍；按化学计量组成的二氧化钛（TiO2）电导率＜10-10s/m，而当二氧化钛失去少量氧时如TiO2的电导率却有10-1s/m。

电子工业常利用金红石型二氧化钛的介电常数和半导体性质来生产陶瓷电容器等电子元器件。

1.2.5硬度

若以10分制标度的莫氏硬度计时（它的数值仅表示各种晶体硬度的级别并不表示其真实比值），锐钛型二氧化钛的硬度为5.5～6.0，金红石型二氧化钛为6～7。

硬度与二氧化钛的晶型结构有关，在生产中与产品的纯度和煅烧温度有关，温度高容易烧结，硬度也随之增高。

正是由于金红石型二氧化钛的硬度高，难粉碎因而对喷丝孔的磨损率较高，对辊筒的磨损也较大，所以不适用于化学纤维消光和照相凹板印刷。

1.2.6吸湿性

二氧化钛虽具有亲水性，但吸湿性不太强，锐钛型的吸湿性比金红石型大一些。

二氧化钛的吸湿性与其表面处理时的处理剂性质有关，也与其比表面积的大小有一定的关系，比表面积大的吸湿性也略高。

1.2.7热稳定性

二氧化钛属于热稳定性的化合物，在真空下强热时会有轻微的失氧现象，并伴随显出暗蓝色，该反应是可逆的，冷却后会恢复到原来的白色。

1.3化学性质

二氧化钛无毒，化学性质很稳定，常温下几乎不与其他物质发生反应，是一种偏酸性的两性氧化物。

与氧、硫化氢、二氧化硫、二氧化碳和氨都不起反应，也不溶于水、脂肪酸和其他有机酸及弱无机酸，微溶于碱和热硝酸，只有在长时间煮沸条件下才能完全溶于浓硫酸和氢氟酸。

其反应方程式如下：

TiO2+6HF=H2TiF6+2H2O

TiO2+2H2SO4=Ti（SO4）2+2H2O

TiO2+H2SO4=TiOSO4+H2O

其溶解速度与水合二氧化钛的煅烧温度有关，煅烧温度越高溶解速度越慢。

为了加速溶解，可在硫酸中加入硫酸铵、碱金属硫酸盐或过氧化氢。

这是因为硫酸铵等的加入，使硫酸的沸点增高，加速了二氧化钛的溶解。

与酸式硫酸盐（如硫酸氢钾）或焦硫酸盐（如焦硫酸钾）共熔，可转变微可溶性的硫酸氧钛或硫酸钛：

TiO2+2KHSO4=TiOSO4+K2SO4+H2O

TiO2+4K2S2O7=Ti（SO4）2+4K2SO4+2SO3

能熔于碱，与强碱（氢氧化钠、氢氧化钾）或碱金属碳酸盐（碳酸钠、碳酸钾）熔融，可转化为可溶于酸的钛酸盐：

TiO2+4NaOH=Na4TiO4+2H2O

在高温下，如有还原剂（碳、淀粉、石油焦）存在，二氧化钛能被氯气氯化成四氯化钛，其反应方程式如下：

TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO

这个反应就是氯化法生产钛白粉的理论基础，但是此反应若无还原剂混配，即使在1800℃下，也不会与氯气发生氯化反应。

同样二氧化钛与氯化硫蒸汽共热，或与COCl2、CCl4、SiCl4、POCl3等作用，也能被氯化成四氯化钛。

二氧化钛在高温下可被氢、钠、镁、铝、锌、钙及某些变价元素的化合物还原成低价钛的化合物，但很难还原成金属钛。

如将干燥的氢气通入赤热的二氧化钛，可得到Ti2O3；在2000℃、15.2MPa的氢气中，也只能获得TiO，但是若将金红石型钛白粉喷入等离子室中，则可与氢气反应而被还原成金属钛。

反应方程式如下：

2TiO2+H2=Ti2O3+H2O

TiO2+H2=TiO+H2O

TiO2+2H2=Ti+2H2O

悬浮在某些有机介质中的二氧化钛，在光和空气的作用下，可循环地被还原与氧化而导致介质的被氧化，这种光化学活性，在紫外线照射下锐钛型钛白粉尤为明显。

这一性质使二氧化钛成为某些反应的有效催化剂，它既是某些无机化合物的光致氧化催化剂，又是某些有机化合物的光致还原催化剂。

1.4光学性质

1.4.1折射率

折射率是指光线通过两个在光学上不同介质的界面时，因光的速度的变化而使入射方向发生改变，这种现象叫做折射，光线入射角与折射角的正弦的比值称为折射率。

折射率随物质的化学组成、晶体结构以及光的波长不同而改变。

二氧化钛的折射率在常见的白色物质中是最高的，甚至超过金刚石。

金红石型二氧化钛由于其单位晶格较小，原子堆积密度更紧密，因此比锐钛型二氧化钛的的折射率高。

常见白色物质的折射率见下表

物质

折射率

物质

折射率

金刚石

2.47

氧化锌

2.02

锐钛型二氧化钛

2.55

碱式碳酸铅

2.00

金红石型二氧化钛

2.71

碱式硫酸铅

1.93

硫化锌

2.37

硫酸钡

1.64

氧化锑

2.20

滑石粉

1.57

1.4.2散射力

光的散射即漫反射，是白色颜料最重要的物理性质之一，又是形成白色颜料重要的光学效应——着色力（消