如何使用硫酸法來生產(chǎn)鈦白粉?
如何使用硫酸法來生產(chǎn)鈦白粉?
鈦白粉是一種白色無機(jī)顏料,無毒、不透明性、白度和光亮度都很好,它的分子式為二氧化鈦TiO2是一種多晶化合物,它的質(zhì)點(diǎn)呈現(xiàn)的排列非常的具有規(guī)則,帶有格子構(gòu)造。按照晶體的形態(tài)可以分為金紅石型和銳鈦型這兩種結(jié)構(gòu),按照制造工藝又可分為硫酸法鈦白粉和氯化法鈦白粉,現(xiàn)在世界上鈦白粉的主要生產(chǎn)方式以氯化法為主,今天我們主要聊一聊如何使用硫酸法來生產(chǎn)鈦白粉。
用硫酸法生產(chǎn)鈦白粉的流程:
1、酸解
鈦鐵礦或鈦渣經(jīng)過研磨和干燥之后,用高濃度的硫酸在150-180℃左右的溫度下進(jìn)行酸解,白鈦石、人造金紅石和金紅石不溶于硫酸,因此不能用硫酸法來制造。鈦鐵礦中的鈦含量越低,所用硫酸的稀釋程度就越高,因此處理巖礦,合適的酸濃度為85%,而處理鈦渣,硫酸濃度一般為91%-92%。
酸解過程就是將三價(jià)鐵還原成二價(jià)鐵,因?yàn)槿齼r(jià)鐵會(huì)吸附在二氧化鈦粒子的表面,造成鈦白粉的白度降低,所以在整個(gè)生產(chǎn)過程中要始終保持二價(jià)鐵是最重要的。
硫酸法產(chǎn)生的污染物大多來自于酸解過程中產(chǎn)生的硫氧化物、酸霧和夾帶的未反應(yīng)原料粒子在短時(shí)間內(nèi)釋放出來,釋放出大量的含酸的氣體氣,其主要污染物是二氧化硫和酸霧。
2、沉降精濾
冷卻酸解溶液、固體惰性物質(zhì)和未反應(yīng)的原料殘余物溶液從酸解罐的底部全部排放到沉降池中,沉降精濾的主要目的是去除鈦礦雜質(zhì)中形成的可溶性殘余物這些殘余物中可能含有硅石、鋯石、硫酸石、白鈦石或金紅石,往里面加入酪蛋白、淀粉或其他有機(jī)絮凝劑,液體便通過簡(jiǎn)單的重力分解沉淀在沉降池中。
沉降池中的固體物質(zhì)去除后,先用廢酸洗滌,回收未反應(yīng)的原料,然后再用水清洗掉殘留液。沉降后的鈦液通過精濾除掉細(xì)小的殘余粒子,然后將這些濾渣與沉降池中收集的其他固體物質(zhì)送往堆放場(chǎng)。
3、水解
將可溶性硫酸氧鈦在90℃時(shí)水解成不溶于水的水合二氧化鈦沉淀物或稱偏鈦酸,以獲取所需粒度的水解產(chǎn)物,嚴(yán)格控制如加熱速度、鈦液的二價(jià)鐵離子和四價(jià)鈦離子含量以及其他因素等,其中避免出現(xiàn)三價(jià)鐵離子是這個(gè)環(huán)節(jié)最重要的因素。
為控制水解的速度、過濾洗滌的性能和最終產(chǎn)品的細(xì)度及質(zhì)量指標(biāo),就需要在水解時(shí)加入
晶種,晶種的加入方式有兩種:自身晶種和外加晶種,自身晶種是在水解時(shí)預(yù)先加入水解鈦液和水所產(chǎn)生的晶種進(jìn)行水解工序,不需要再另外制備晶種。外加晶種是向鈦液中加入經(jīng)另外制備的金紅石或銳鈦型晶種。
水解沉淀物漿料經(jīng)過濾、洗滌后,在還原條件下用硫酸酸浸以除去最后微量吸附鐵和其他金屬,即通常所說的漂白,此步驟是硫酸法中產(chǎn)生廢酸的主要原因。
4、煅燒
水合二氧化鈦在900-1250℃下煅燒,通過煅燒環(huán)節(jié)脫去水分和去除殘余的三氧化硫,同時(shí)還可以將銳鈦型轉(zhuǎn)變成金紅石型。煅燒有利于加強(qiáng)鈦白粉產(chǎn)品的化學(xué)惰性和確定其粒度,煅燒后,二氧化鈦經(jīng)研磨、破碎、燒結(jié)成顆粒,然后在對(duì)其進(jìn)行處理。
在煅燒過程中,煅燒尾部連續(xù)排出的尾氣,其主要污染物為二氧化硫、酸霧及二氧化鈦粉塵,這是硫酸法生產(chǎn)鈦白粉中產(chǎn)生廢氣污染物的主要來源。
5、后處理
后處理主要有濕磨、無機(jī)包膜、干燥、氣流磨及有機(jī)包膜和產(chǎn)品包裝等工序。
①濕磨
將二氧化鈦顆粒在無機(jī)或有機(jī)分散劑下進(jìn)行濕磨,將二氧化鈦聚集的粒子盡量磨細(xì)解聚,以利于進(jìn)行無機(jī)包膜。濕磨使用的主要設(shè)備有介質(zhì)磨,有機(jī)球磨、球磨機(jī)、砂磨機(jī)、重介質(zhì)磨等。
②無機(jī)包覆
干燥和濕磨解聚后的二氧化鈦需要進(jìn)行無機(jī)包膜,以屏蔽紫外光,提高鈦白粉的耐候性,我們經(jīng)常使用的無機(jī)包膜劑有硅、鋁的氧化物及水和氫氧化物。
③干燥
近幾年來我們開始多采用鋯進(jìn)行混合包膜,以便于達(dá)到耐候、高光澤的效果,采用帶式干燥機(jī)、噴霧干燥機(jī)等方式進(jìn)行干燥。
④氣流磨
氣流粉碎與有機(jī)包膜,目前采用的粉碎機(jī)多數(shù)為扁平式氣流粉碎機(jī),此過程中根據(jù)產(chǎn)品用途加入有機(jī)包膜劑。
⑤機(jī)包膜和產(chǎn)品包裝
有機(jī)包膜劑一方面可以中和鈦白粉表面,避免其重新團(tuán)聚,起到助磨效果,另一方面改變鈦白粉的表面物理化學(xué)性能,提高其在涂料、塑料等物質(zhì)的匹配性及相容性。有機(jī)包膜劑多用于涂料有胺、醇胺類、硅烷類,而二甲基硅烷、聚乙醇、三乙醇胺等多用于塑料。
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