二氧化钛发展应用及工艺12089.docx
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1、二氧化钛钛发展应用用及工艺艺一、二氧化化钛性质质及应用用1.二氧氧化钛性性质31.1晶晶型性质质.31.2物物理性质质.41.3化化学性质质.661.4光光学性质质.81.5颜颜料性质质.132.二氧氧化钛用用途. 1172.1二二氧化钛钛颜料应应用.172.1.1涂料料应用172.1.2塑料料应用202.1.3纸张张应用.212.1.4橡胶胶应用. 232.1.5化学学纤维应应用. 232.1.6油墨墨应用242.1.7化妆妆品应用用.252.1.8医药药应用252.1.9食品品应用.252.1.10其其它应用用262.2非非颜料级级二氧化化钛的应应用.262.2.1搪瓷瓷应用.262.2.
2、2电焊焊条应用用.262.2.3陶瓷瓷玻璃应应用272.2.4电子子陶瓷应应用.272.2.5冶金金应用2282.2.6其它它应用228二、钛白白粉的发发展1.钛白白粉产业业链282.钛白白粉应用用领域份份额.2883.钛白白粉行情情展望.293.1220133上半年年进出口口统计.293.2国国内钛白白市场31三、工艺艺介绍1.硫酸酸法.352.氯化化法. 383.氯化化法钛白白独有优优势41二氧化钛钛应用调调研一、二氧氧化钛性性质及应应用1.二氧氧化钛性性质1.1晶晶型性质质二氧化钛钛在自然然界有三三种结晶晶形态:金红石石型、锐钛型型和板钛型型。板钛钛型属斜斜方晶系系,是不不稳定的的晶型,
3、在在6500以上上即转化化成金红红石型,因因此在工工业上没没有实用用价值。锐锐钛型在在常温下下是稳定定的,但但在高温温下要向向金红石石型转化化。其转转化强度度视制造造方法及及煅烧过过程中是是否加有有抑制或或促进剂剂等条件件有关。一一般认为为在1665以以下几乎乎不进行行晶型转转化,超超过7330时时转化得得很快。金金红石型型是二氧氧化钛最最稳定的的结晶形形态,结结构致密密,与锐锐钛型相相比有较较高的硬硬度、密密度、介介电常数数与折光光率。金金红石型型和锐钛钛型都属属于四方方晶系,但但具有不不同的晶晶格,因因而X射射线图象象也不同同,锐钛钛型二氧氧化钛的的衍射角角位于225.55,金金红石型型的
4、衍射射角位于于27.5。金金红石型型的晶体体细长,呈呈棱形,通通常是孪孪晶;而而锐钛型型一般近近似规则则的八面面体。金红石型型比起锐锐钛型来来说,由由于其单单位晶格格由两个个二氧化化钛分子子组成而而锐钛型型却是由由四个二二氧化钛钛分子组组成,故故其单位位晶格较较小且紧紧密,所所以具有有较大的的稳定性性和相对对密度,因因此具有有较高的的折射率率和和介介电常数数及较低低的热传传导性。二氧化钛钛的三种种同分异异构体中中只有金金红石型型最稳定定,也只只有金红红石型可可通过热热转换获获得。天天然板钛钛矿在6650以上即即转换为为金红石石型,锐钛矿在在9155左右右也能转转变呈金金红石型型。1.2物物理性
5、质质1.2.1相对对密度二氧化钛钛的相对对密度随随其结晶晶形态、粒粒径大小小、化学学组分、特特别是与与表面处处理量大大小有关关,在制制造过程程中,随随煅烧温温度的提提高和煅煅烧时间间的延长长而增长长。在常常用的白白色颜料料中,二二氧化钛钛的相对对密度最最小,同同等质量量的白色色颜料,二二氧化钛钛的表面面积最大大,颜料料体积最最高。锐锐钛型二二氧化钛钛的相对对密度33.83.99g/ccm3,金红红石型二二氧化钛钛的相对对密度为为4.224.3g/cm33。1.2.2熔点点和沸点点由于锐钛钛型和板板钛型二二氧化钛钛在高温温下都会会转变成成金红石石型,因因此它们们的熔点点和沸点点实际上上是不存存在
6、的。金金红石型型二氧化化钛的熔熔点数值值各资料料记载不不一致,一一般认为为在1880018775,有有资料介介绍在空空气中的的熔点为为18330115,而而在富氧氧中的熔熔点为118799155,熔熔点与二二氧化钛钛的纯度度有关。金金红石型型二氧化化钛的沸沸点为(3320003000)KK。1.2.3介电电常数由于二氧氧化钛的的介电常常数较高高,因此此具有优优良的电电学性能能。在外外电场的的作用下下,其离离子之间间相互作作用,形形成了极极强的局局部内电电场。在在这个内内电场的的作用下下,离子子外层电电子轨道道发生了了强烈变变形,离离子本身身也随之之发生了了很大位位移。二二氧化钛钛晶型所所含微量
7、量杂质等等都对介介电常数数影响很很大。金金红石型型的介电电常数随随二氧化化钛晶体体的方向向而不同同:当与与C轴相相平行时时,测得得其介电电常数1180;呈直角角时为990;其其粉末平平均值为为1144。锐钛钛型二氧氧化钛的的介电常常数只有有48。1.2.4电导导率二氧化钛钛具有半半导体的的性能,其其电导率率随温度度的上升升而迅速速增加,而而且对缺缺氧也非非常敏感感。如金金红石型型二氧化化钛在220时时还是绝绝缘体,但但加热到到4200时电电导率增增加了1107倍;按按化学计计量组成成的二氧氧化钛(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
8、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硬度度若以100分制标标度的莫莫氏硬度度计时(它的数数值仅表表示各种种晶体硬硬度的级级别并不不表示其其真实比比值),锐锐钛型二二氧化钛钛的硬度度为5.566.0,金金红石型型二氧化化钛为667。硬硬度与二二氧化钛钛的晶型型结构有有关,在在生产中中与产品品的纯度度和煅烧烧温度有有关,温温度高容容易烧结结,硬度度也随之之增高。正正是由于于金红石石型二氧氧化钛的的硬度高高,难粉粉碎因而而对喷丝丝孔的磨磨损率较较高,对对辊筒的的磨损也也较大,所所以不适适用于化化学纤维维消光和和照相凹凹板印刷刷。1.2.6吸湿湿性
9、二氧化钛钛虽具有有亲水性性,但吸吸湿性不不太强,锐锐钛型的的吸湿性性比金红红石型大大一些。二二氧化钛钛的吸湿湿性与其其表面处处理时的的处理剂剂性质有有关,也也与其比比表面积积的大小小有一定定的关系系,比表表面积大大的吸湿湿性也略略高。1.2.7热稳稳定性二氧化钛钛属于热热稳定性性的化合合物,在在真空下下强热时时会有轻轻微的失失氧现象象,并伴伴随显出出暗蓝色色,该反反应是可可逆的,冷冷却后会会恢复到到原来的的白色。1.3化化学性质质二氧化钛钛无毒,化化学性质质很稳定定,常温温下几乎乎不与其其他物质质发生反反应,是是一种偏偏酸性的的两性氧氧化物。与与氧、硫硫化氢、二二氧化硫硫、二氧氧化碳和和氨都不
10、不起反应应,也不不溶于水水、脂肪肪酸和其其他有机机酸及弱弱无机酸酸,微溶溶于碱和和热硝酸酸,只有有在长时时间煮沸沸条件下下才能完完全溶于于浓硫酸酸和氢氟氟酸。其反应方方程式如如下:TiO22 + 6HFF = H2TiFF6 + 2H22OTiO22+ 22H2SO4 = Ti(SO44)2 + 2H22O TiiO2+ HH2SO4 = TiOOSO44 + H2O其溶解速速度与水水合二氧氧化钛的的煅烧温温度有关关,煅烧烧温度越越高溶解解速度越越慢。为为了加速速溶解,可可在硫酸酸中加入入硫酸铵铵、碱金金属硫酸酸盐或过过氧化氢氢。这是是因为硫硫酸铵等等的加入入,使硫硫酸的沸沸点增高高,加速速了
11、二氧氧化钛的的溶解。与酸式硫硫酸盐(如如硫酸氢氢钾)或或焦硫酸酸盐(如如焦硫酸酸钾)共共熔,可可转变微微可溶性性的硫酸酸氧钛或或硫酸钛钛:TiO22+ 22KHSSO4 = TiOOSO44 +KK2SO4 + H2O TiiO2+ 44K2S2O7 = TTi(SSO4)2 +44K2SO4 + 2SOO3能熔于碱碱,与强强碱(氢氢氧化钠钠、氢氧氧化钾)或或碱金属属碳酸盐盐(碳酸酸钠、碳碳酸钾)熔熔融,可可转化为为可溶于于酸的钛钛酸盐:TiO22 + 4NaaOH = NNa4TiOO4 + 2H22O在高温下下,如有有还原剂剂(碳、淀淀粉、石石油焦)存存在,二二氧化钛钛能被氯氯气氯化化成四
12、氯氯化钛,其其反应方方程式如如下:TiO22 +22C +2Cll2 = TiCCl4 + 2COO这个反应应就是氯氯化法生生产钛白白粉的理理论基础础,但是是此反应应若无还还原剂混混配,即即使在118000下,也也不会与与氯气发发生氯化化反应。同同样二氧氧化钛与与氯化硫硫蒸汽共共热,或或与COOCl22、CCll4、SiCCl4、POCCl3等作用用,也能能被氯化化成四氯氯化钛。二氧化钛钛在高温温下可被被氢、钠钠、镁、铝铝、锌、钙钙及某些些变价元元素的化化合物还还原成低低价钛的的化合物物,但很很难还原原成金属属钛。如如将干燥燥的氢气气通入赤赤热的二二氧化钛钛,可得得到Tii2O3;在22000
13、0、115.22MPaa的氢气气中,也也只能获获得TiiO,但但是若将将金红石石型钛白白粉喷入入等离子子室中,则则可与氢氢气反应应而被还还原成金金属钛。反反应方程程式如下下:2TiOO2 + H2 = Ti22O3 + H2O TiOO2 + H2 = TiOO+ HH2O TTiO22 + 2H22 = Ti + 22H2O悬浮在某某些有机机介质中中的二氧氧化钛,在在光和空空气的作作用下,可可循环地地被还原原与氧化化而导致致介质的的被氧化化,这种种光化学学活性,在在紫外线线照射下下锐钛型型钛白粉粉尤为明明显。这这一性质质使二氧氧化钛成成为某些些反应的的有效催催化剂,它它既是某某些无机机化合物
14、物的光致致氧化催催化剂,又又是某些些有机化化合物的的光致还还原催化化剂。1.4光光学性质质1.4.1折射射率折射率是是指光线线通过两两个在光光学上不不同介质质的界面面时,因因光的速速度的变变化而使使入射方方向发生生改变,这这种现象象叫做折折射,光光线入射射角与折折射角的的正弦的的比值称称为折射射率。折折射率随随物质的的化学组组成、晶晶体结构构以及光光的波长长不同而而改变。二氧化钛钛的折射射率在常常见的白白色物质质中是最最高的,甚甚至超过过金刚石石。金红红石型二二氧化钛钛由于其其单位晶晶格较小小,原子子堆积密密度更紧紧密,因因此比锐锐钛型二二氧化钛钛的的折折射率高高。常见见白色物物质的折折射率见
15、见下表物 质折射率物 质折射率金刚石2.477氧化锌2.022锐钛型二二氧化钛钛2.555碱式碳酸酸铅2.000金红石型型二氧化化钛2.711碱式硫酸酸铅1.933硫化锌2.377硫酸钡1.644氧化锑2.200滑石粉1.5771.4.2散射射力光的散射射即漫反反射,是是白色颜颜料最重重要的物物理性质质之一,又又是形成成白色颜颜料重要要的光学学效应着色色力(消消色力)和和遮盖力力的物理理原因。散射光主主要包括括反射光光、折射射光和衍衍射光。影影响光的的散射力力的因素素较大的的有以下下几个方方面:(1)折射率率光的散射射能力的的大小取取决于颜颜料和基基料(载载色剂)的的折射率率之差,其其关系可可
16、用弗莱莱斯公式式表示如如下: R=(n1-n2)2/(nn1+n2)2式中R为为相对反反射率,nn2为颜料料的折射射率,nn1为基料料的折射射率。颜颜料与基基料的折折射率之之差越大大,反射射率就越越大,体体系中的的散射能能力也就就越高。由由于二氧氧化钛的的在所有有的白色色颜料中中的折射射率最高高,所以以它对光光的散射射能力也也最大。(2)粒粒径涂料中的的大部分分漆料(树树脂)的的折射率率在1.451.660之间间。当光光散射力力最大时时,颜料料粒径DD与入射射光的波波长、颜颜料的折折射率nn1、漆料料的折射射率n22之间的的关系,可可用下式式表示:D=2(n1-n2)可见光的的波长为为4000
17、7000nmm,二氧氧化钛粒粒子在可可见光波波长范围围内,通通常最适适宜的粒粒径范围围在0.150.335mm。所以以无论是是锐钛型型的二氧氧化钛还还是金红红石型的的二氧化化钛,都都应将粒粒径控制制在0.150.335mm为好,这这样才能能获得最最高的散散射力,其其颜色也也更白。(3)分分散性无论光学学性能有有多好的的二氧化化钛颜料料,最终终都要看看它是否否能以微微细的颜颜料,粒粒子形式式均匀地地分散到到介质中中,颜料料中任何何过多的的凝聚、聚聚集和絮絮凝颗粒粒,都会会对光的的散射能能力产生生不良的的影响。两种不同同晶型的的二氧化化钛中,由由于金红红石型的的折射率率比锐钛钛型的高高,所以以在有
18、机机介质中中,金红红石型的的散射力力要比锐锐钛型高高20%。涂层中颜颜料粒子子对光线线的散射射力的决决定性影影响因素素是粒子子的粒径径和体系系中颜料料的体积积浓度(ppigmmentt voolumme cconccenttrattionn,简称称PVCC)。二二氧化钛钛颜料粒粒子的平平均粒径径和粒径径分布是是由生产产工艺决决定的,而而二氧化化钛颜料料在应用用体系中中的颗粒粒粒径则则取决于于颜料的的分散过过程及分分散效率率。1.4.3光泽泽度光泽是人人们肉眼眼对物体体表面所所反射的的光线强强度的感感觉,是是一种观观察者的的主观效效应。物物体的光光泽度是是指物质质对投射射来的光光线的反反射能力力
19、,反射射能力越越强光泽泽度越大大。尽管管在实际际应用中中颜料只只是涂料料组分的的一种,颜颜料本身身也并无无光泽,涂涂膜才有有光泽,但但是颜料料的特征征却能影影响涂膜膜的光泽泽。由于二氧氧化钛既既有高的的反射率率(可达达到标准准氧化镁镁的966%998%)又又有高的的不透明明度,所所以经它它着色后后的材料料色调鲜鲜明。涂膜中应应用二氧氧化钛颜颜料的主主要原因因是利用用其不透透明度和和白度。影影响二氧氧化钛颜颜料成膜膜后光泽泽度的重重要原因因是它的的粒径和和分散性性,如果果二氧化化钛的粒粒径很细细并能均均匀地分分散到漆漆料中,则则涂膜表表面光滑滑平整,能能折射出出镜面般般的光泽泽;如果果二氧化化钛
20、颜料料的粒径径过粗,则则其涂膜膜就会显显得粗糙糙,光泽泽度就会会降低,并并会带有有其它底底色,着着色后色色调发暗暗。当然然,如果果应用体体系中含含有絮凝凝剂就会会使颜料料粒子絮絮凝导致致涂膜表表面不平平整而对对光泽不不利。1.4.4耐候候性耐候性是是指含有有二氧化化钛颜料料的有机机介质(如如涂膜)暴暴露在日日光下,在在氧气和和水分存存在的条条件下抵抵御紫外外线侵蚀蚀,抵抗抗大气的的作用,避避免发生生黄变、失失光和粉粉化的能能力。耐候性主主要取决决于颜料料的光学学性质和和化学组组成,也也与暴露露在自然然光下的的条件有有关。由由于二氧氧化钛的的晶格缺缺陷,使使得它在在日光特特别是紫紫外线的的照射及
21、及水等催催化剂的的作用下下被还原原为不稳稳定的三三氧化钛钛,同时时释放出出初生态态氧,这这个氧使使作为漆漆基的有有机物氧氧化,发发生高分分子的断断链和降降解,变变成可溶溶性或易易挥发的的物质而而破坏了了漆膜的的连续性性。工业生产产中为了了改善二二氧化钛钛漆膜的的耐候性性,在偏偏钛酸煅煅烧前添添加少量量的盐处处理剂,或或对其进进行包膜膜处理以以堵塞其其光活化化点,隔隔绝二氧氧化钛与与光(紫紫外线)的的直接接接触。1.4.5光色色互变现现象含有氧化化铁、氧氧化镍、氧氧化铬等等杂质的的二氧化化钛在阳阳光的照照射下会会变为褐褐色,离离开阳光光后仍恢恢复原色色;或在在氧化气气氛中,将将二氧化化钛加热热到
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