钛白粉的使用
基于钛白粉具有折射率高，消色力强，遮盖力大，耐候性好，分散性强，光泽好，物理与化学性能稳定等许多优异的特性，所以是用量最大，质量最好，应用最广的白色颜料。是电子、化工、轻工和冶金等行业中不可缺少的原料，是一种重要的化工产品，具有广泛的应用前景。
（一）、在涂料上的应用
涂料是由颜料、油料、漆料（树脂）、溶剂和催干剂等组成的粘稠悬浮液，它涂布在物体表面受空气的氧化和溶剂的挥发而形成一层坚韧的涂膜，对物体起到装饰和防护的作用。涂料中的颜料，不但使漆膜呈现不同的色彩，达到美观和装饰外，它还可以增强漆膜的机械强度和附着力，并且能防止紫外线及水分等的穿透，使漆膜本身推迟了老化作用，延长了使用寿命。
颜料中白色颜料用途最广，白色漆和浅色漆都要用到它，所以在造漆中，白色颜料的用量比其他颜料多得多，能用于造漆的白色颜料常为锌白、锌钡白和钛白粉等。由于涂料工业品种的发展，出现合成树脂涂料，其聚合度较大，如加入锌白，则因锌白有碱性，与涂料中的游离脂肪酸作用，而有变稠的倾向；如加入锌钡白，则耐候性差。但采用钛白，就可以改善以上的缺点，因为钛白粉的粒子细小而均匀，光化学稳定性高，遮盖率比锌白、锌钡白大二倍以上，消色力大5~6倍，因此可以大大降低整个漆料中颜料的用量，同时制成的漆颜色好，不易泛黄，并且有耐热性和耐酸、耐硫、耐碱等化学稳定性，特别是金红石型钛白粉，其结构稳定，耐候性比锐钛型好，能耐紫外线的照射，在室外不会粉化等优点，因此适用于高度耐候性的各种高级船舶、桥梁、汽车、建筑等室外涂料。而锐钛型钛白粉一般只用于室内涂料。由此可见，钛白粉已成为涂料生产中必不可少的白色颜料。世界上大约有60％以上的钛白粉用于各种涂料的生产。
（二）、在塑料上的应用
塑料是树脂、增塑剂、填料和着色剂的混和物，它具有质轻、耐腐蚀、耐摩擦、机械性能高、电绝缘性好、易于加工、美观等特点，可以作结构材料、绝缘材料和耐腐蚀材料，在国民经济各部门、军事工业和尖端科学技术中得到广泛的应用。
为了使塑料具有美观的色彩，常在塑料中加入一定量的色料。对色料的要求是在加工过程中易于着色和分散，并与塑料中的其他成分不起化学反应。由于钛白粉的白度高，消色力大，具有良好的不透明度和化学稳定性，用钛白粉代替立德粉，白色颜料的用量可降低2~3倍所以制造白色或彩色塑料的必需的着色填充剂，是最优良的白色颜料。当它和其他颜料配合使用，能形成美丽鲜艳的色彩，由于玩具和食品用具是无毒的。
（三）、在油墨上的应用
油墨是由色料、填料、助剂和展色剂等所组成的一种粘性流体。目前印刷报纸、书籍、画片和印铁、印金属、印瓷、印橡胶、印塑料和印无线电半导体的电路板都离不开油墨。由于钛白粉具有遮盖力大、消色力高、颗粒细、耐稀酸稀碱、耐光、耐热、不易泛黄、憎水性好、流动性小、不溶于展色剂且能均匀分散在展色剂中，所以是高级白色油墨和浅色油墨不可缺
少的色料。
（四）、在化纤上的应用
钛白粉是化学纤维生产中必不可少的辅料。化学纤维本身绝大部分都是透明的，光泽很强。为了消除这种光泽，使其透明度与天然纤维相仿，就需要在制造时加入消光剂来减抑光泽，而钛白粉折射率高，消色力强，遮盖力大，白度好，颗粒细而均匀、分散性好、化学稳定性好，处理时不易发生变化，又不影响纤维的拉力和染色，所以是一种优良的消光剂，并能改善耐光性和耐候性。
（五）、在搪瓷工业上的应用
搪瓷是金属坯体上涂饰一层瓷釉，经过熔烧所得到的制品。瓷釉具有优良的不透明性和一定的耐酸性、耐碱性、耐热性及耐磨性，以使对金属起到保护作用和美化作用。瓷釉必须具有乳着性能，才能使瓷釉不透明。白色瓷釉尤其必须具有更强的乳着性能。为此在瓷釉中必须加入乳着剂。钛白粉是瓷釉中最强的乳着剂。采用钛白瓷釉涂搪的产品表面光滑，耐酸性加强，色相、光泽好。因而在搪瓷工业中使用大量的钛白粉。
（六）、在电焊条上的应用
电焊条由焊芯和药皮组成。钛白粉在药皮中既是很好的造渣剂、稀释剂、脱氧剂，也是极好的粘塑剂和稳弧剂。用钛白粉制造的电焊条可以交流直流电两用，焊接操作时点弧快，电弧稳定，不发生爆溅，熔渣的熔点低，粘度小，流动性好，操作工艺性能好，非常利于立焊和仰焊，焊接后脱渣易，焊缝美观且机械能好。同时钛白粉有较强的粘着力，在焊条的制造工艺中可以减少水玻璃的用量，使成品表面光滑，焊接时点弧容易。钛白粉是焊接工业的主要原料之一，占焊条总产量70％的钛型、钛钙型和钛铁型等三种类型的电焊条药皮，都要用不少钛白粉，
（七）、在电子工业上的应用
由于电容器钛白粉颗粒细，比表面积大，有高的抗还原性，高的介电常数和电阻，纯度高杂质少，所以是电子陶瓷材料的重要原料之一。
（八）、在橡胶工业上的应用
在橡胶工业中，为了改善生胶在加工过程的工艺性能和硫化胶的使用性能，必须加入硫化剂、促进剂、活性剂、防老剂、补强剂和着色剂等几中种或十几种助剂，使橡胶起物理和化学变化。钛白粉是一种很好的着色剂，因为它的物理化学性能稳定，颗粒小，不含损害硫化过程的杂质，不会损害硫化过程，由于其消色力和遮盖力强，使用少量的钛白粉即能达到最好的着色效果，而对制品的抗张能力，伸长率和弯曲性能都没有影响。同时抗晒能力强，在日光照射下不龟裂、不变色，因此一般的白色及浅色橡胶制品中少不了钛白粉。
（九）、在造纸工业上的应用
为了改进纸张的物理机械性能，提高纸张的不透明度，增加平滑度，白度和弹性，减少吸湿性和提高印刷性能，使之更为适用，由于钛白粉在白色颜料中，具有最高的折射率和消色力，颗粒细，分散性好，不透明度大，物化性稳定，在造纸过程中没有与其他物质发生变化的优良性能，故用于纸浆的填料和色料，使制成的纸张提高白度和增强不透明度，这是其他白色填料和折射率低的白色颜料所不能比的。因此使用少量的钛白粉就可以获得白度和不透明度高的纸张。
（十）、在化妆品上的应用
由于钛白粉无毒，在化妆品中只需加入5％~8％的钛白粉就能得到永久白色，使化妆品更有附着力、吸收力和遮盖力，起到保护皮肤的作用。
（十一）、在冶金工业上的应用
冶金工业使用钛白粉主要是冶炼制取金属钛和各种钛合金。
我国钛白粉的消费结构如下：涂料46％；焊条、搪瓷34％；塑料8％；化纤6％；油墨3％；橡胶2％；造纸1％。西欧、美国和加拿大的钛白粉消费结构如下：涂料60.5%；塑料17%；造纸14%；其它8.5%。
作者：上海澎博钛白粉厂施征
2011年/9/3完成
编辑本段
编辑本段应用特性 纳米TiO2的功能及用途 纳米TiO2具有十分宝贵的光学性质，在汽车工业及诸多领域都显示出美好的发展前景。纳米TiO2还具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、超亲水性、非迁移性，且完全可以与食品接触，所以被广泛应用于抗紫外材料、纺织、光催化触媒、自洁玻璃、防晒霜、涂料、油墨、食品包装材料、造纸工业、航天工业中。 2.1.杀菌功能 在紫外线作用下，以0.1mg/cm3浓度的超细TiO2可彻底地杀死恶性海拉细胞，而且随着超氧化物歧化酶（SOD）添加量的增多，TiO2光催化杀死癌细胞的效率也提高；用TiO2光催化氧化深度处理自来水，可大大减少水中的细菌数，饮用后无致突变作用，达到安全饮用水的标准。在涂料中添加纳米TiO2可以制造出杀菌、防污、除臭、自洁的抗菌防污涂料，可应用于医院病房、手术室及家庭卫生间等细菌密集、易繁殖的场所，可有效杀死大肠杆菌、黄色葡萄糖菌等有害细菌，防止感染。因此，纳米TiO2能净化空气，具有除臭功能。 1）纳米二氧化钛抗菌特点： 1 对人体安全无毒，对皮肤无刺激性。 2 抗菌能力强，抗菌范围广。 3 无臭味、怪味，气味小。 4耐水洗，储存期长。 5热稳定性好，高温下不变色，不分解，不挥发，不变质。
6即时性好，纳米二氧化钛抗菌剂仅需1h就能发挥效果，而其他银系抗菌剂效果则需约24h。 7纳米二氧化钛是一种永久性维持抗菌效果的抗菌剂。 8具有很好的安全性，科用于食品添加剂等，与皮肤接触无不良影响。 2）纳米二氧化钛的抗菌原理： 纳米二氧化钛在光催化作用下使细菌分解而达到抗菌效果的。由于纳米二氧化钛的电子结构特点为一个满 TiO2的价带和一个空的导带 ,在水和空气的体系中 , 纳米二氧化钛在阳光尤其是在紫外线的照射下 ,当电 子能量达到或超过其带隙能时 ,电子就可从价带激发到导带 ,同时在价带产生相应的空穴 ,即生成电子、空穴对 ,在电场的作用下 ,电子与空穴发生分离 ,迁移到粒子表面的不同位置 ,发生一系列反应 : TiO2 + hν e —— + h H2O + h——·OH+ H O2 +e——O2 · O2 ·+ H——HO2· 2HO2· —— O2 + H2O2 H2O2 +O2 · ——·OH+OH +O2 吸附溶解在 TiO2 表面的氧俘获电子形成O2 ·, 生成的超氧化物阴离子自由基与多数有机物反应(氧化) ,同时能与细菌内的有机物反应 ,生成CO2和 H2O;而空穴则将吸附在 TiO2 表面的 OH 和H2O氧化成·OH,·OH 有很强的氧化能力 ,攻击有机物的不饱和键或抽取 H原子产生新自由基 ,激发链式反应 ,最终致使细菌分解。 TiO2 的杀菌作用在于它的量子尺寸效应 ,虽然钛白粉(普通 TiO2)也有光催化作用 ,也能够产生电子、空穴对 ,但其到达材料表面的时间在微秒级以上 ,极易发生复合 ,很难发挥抗菌效果，而达到纳米级分散程度的TiO2 ,受光激发的电子、空穴从体内迁移到表面 ,只需纳秒、皮秒、甚至飞秒的时间 ,光生电子与空穴的复合则在纳秒量级 ,能很快迁移到表面 ,攻击细菌有机体 ,起到相应的抗菌作用。 惠尔牌纳米二氧化钛具有很高的表面活性，抗菌能力强，产品易于分散。经试验表明，惠尔牌纳米二氧化钛对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌和曲霉菌等具有很强的杀菌能力，已广泛应用于纺织、陶瓷、橡胶、医药等领域的抗菌产品，深受广大用户的欢迎。 3）国内外对纳米二氧化钛抗菌性的研究及应用实例 1 农田抗菌剂：日本开发了一种新型无菌杀菌剂。其主要成分为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和银、铜等离子，可用于土壤中，对所有的细菌都有很强的抗菌性。改杀菌剂是陶瓷类微量混合金属离子，并在含有相同离子的催化剂作用下，具有使土壤中的氧活化之功能，该功能能持续时间长达2-5年。
1、（锐钛型二氧化钛与金红石型二氧化钛）的区分 1.1 方法 利用X射线衍射仪得到XRD图谱进行分析 1.2用到的仪器 X射线衍射仪 X射线产生原理： 高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换，电子的运动受阻失去动能，其中一小部分（1％左右）能量转变为X射线，而绝大部分（99％左右）能量转变成热能使物体温度升高 1.2.1 X射线管的结构 阴极：又称灯丝(钨丝)，通电加热后便能释放出热辐射电子。 阳极：又称靶，通常由纯金属制成(Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Mo,Ag, W等)，使电子突然减速并发射X射线。阳极需要水强制冷却。 窗口：是X射线射出的通道，维持管内高真空，对X射线吸收 较少，如金属铍、含铍玻璃、薄云母片 X射线管中心焦点
在X射线衍射中，总希望有较小的焦点（提高分辨率）和较强的X射线强度（缩短爆光时间）。 一般采用在与靶面成一定角度的位置接受X射线，这样可以达到焦点缩小，X射线相应增强的目的。 1.2.2 X射线特点
1.2.3理论基础：布拉格方程 1.2.4具体方法 用X射线衍射分析法中的粉末法来分析两种结构。 只有满足Bragg方程，才能产生衍射现象，因此用粉末法对测定的晶体样品，不改变λ,要连续改变θ。： ?用单色的X射线照射多晶体试样，利用晶体的不同取向来改变θ,以满足 Bragg方程。试样要求：粉末，块状晶体。 ?特点：试样容易获得，衍射花样反映晶体的全面信息。
粉末法：由于多晶体由无数取向无规的单晶组成，相当于单晶绕所有取向的轴转动，晶体内某等同晶面族{HKL}的倒易点，形成－相应倒易矢量ｇＨＫＬ为半径的倒易球。一系列的倒易球与反射球相交，其交集是一系列园，则相应的衍射线束分布于以样品为中心、入射方向为轴、上述交线园为底的园锥面上。 1.2.5 两者结构分析 晶胞结构的不同 金红石型二氧化钛及锐钛型二氧化钛结晶类型均为正方结晶，前者为R型，后者为A型。金红石型二氧化钛晶格结构致密，比较稳定，光化学活性小，因而耐久性由于锐钛型二氧化钛。另外，金红石型二氧化钛晶体结构是细长的成对的孪生晶体，每个金红石晶胞含有2个二氧化钛分子，以两个棱相连，这比锐钛型二氧化钛八面体的形式体积更小、结构更密，因而硬度和密度增大，介电常数和导热性增加，所以耐候性好，不易粉化 (a)金红石型 (b)锐钛型 金红石型和锐钛型晶胞中TiO2分子数分别是2和4。晶胞参数分别是：金红石型a：4．593A，c=2．959A；锐钛型a=3．784A，c=9．515^。金红石型二氧化钛比锐钛型二氧化钛稳定而致密，有较高的硬度、密度、介电常数及折射率，其遮
钛白粉行业总结 吕爱兵 报告摘要： 在产品用途上，钛白粉可分为颜料级和非颜料级。颜料级钛白粉分为金红石型和锐钛型两类，前者性能优于后者，多用于外墙涂料，塑料，橡胶，油墨上，后者用在室内涂料上。非颜料级钛白粉主要应用于搪瓷、电容器、电焊条等。 在消费构成上，全球钛白粉中金红石型产品的比例达85%~90%，我国进口钛白粉中，90%以上为金红石型产品。我国钛白粉消费结构为：涂料60%，塑料16%，造纸14%，油墨3%，其他占7%。 在发展前景上，钛白粉目前是继磷酸和合成氨之后的第三大无机化工产品，其消费是衡量国家经济发展水平的标志，是经济发展的“晴雨表”。目前欧美国家钛白粉人均年消费量近4千克，我国仅约1千克。我国能够生产中高端钛白粉的企业有良好的发展机遇。 在产品技术，钛白粉生产技术是硫酸法与氯化法两种。后者技术复杂，美国杜邦、美礼联和科美基三家公司掌握着先进的粉氯化法技术，国内仅少数企业掌握。硫酸法可用钛铁矿、酸溶性钛渣为原料，生产锐钛型和金红石型两种钛白粉产品。氯化法主要以金红石或氯化钛渣作为原料，只能生产金红石型产品。 在产业竞争上，硫酸法单厂最小经济规模产能3万吨/年，合理经济规模5万吨/年，最佳经济规模8~10万吨/年。兼并收购是钛白粉企业发展的主要方式，经过并购，钛白粉行业集中趋势明显。除中国外，全球主要钛白粉生产商有20余家，其中前七大生产商的产能占全球总产能的68%，它们在很大程度上主导着全球钛白粉的供给、价格和发展。 在成本利润上，国际上钛白粉毛利率约为28%左右，钛精矿、酸溶性钛渣和硫酸是硫酸法生产钛白粉的主要原材料，合计约占钛白粉生产成本的50%。我国钛精矿储能主要集中在攀西、广西、云南等地，钛白粉生产企业采取多渠道方式从国外进口钛矿。硫酸市场具有较强的区域封闭性，价格主要取决于地区供求关系。不少钛白粉生产企业通过自制硫酸以降低成本，硫铁矿制酸、硫磺制酸和冶炼烟气制酸由于生产方式不同，成本差距较大。 目录 一、钛白粉产品简介 (2) 二、钛白粉消费及市场前景 (2) 二、钛白粉的生产技术 (2) 三、全球钛白粉产业竞争与发展趋势 (3) 四、我国钛白粉行业的竞争发展 (3) 五、附件：全球主要钛白粉公司简介 (5)
名称 中文名称：二氧化钛 中文别名：二氧化钛，钛酐，氧化钛(IV) 白色固体或粉末状的两性氧化物。又称钛白。化学式TiO2，分子量79.9，熔点1830～1850℃，沸点2500～3000℃。自然界存在的二氧化钛有三种变体：金红石为四方晶体；锐钛矿为四方晶体；板钛矿为正交晶体。二氧化钛在水中的溶解度很小，只溶于氢氟酸和热浓硫酸。二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到。二氧化钛性质稳定，大量用作油漆中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力，和铅白相似，但不像铅白会变黑；它又具有锌白一样的持久性。二氧化钛还用作搪瓷的消光剂，可以产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。 钛的氧化物——二氧化钛，是雪白的粉末，是最好的白色颜料，俗称钛白。以前，人们开采钛矿，主要目的便是为了获得二氧化钛。钛白的粘附力强，不易起化学变化，永远是雪白的。特别可贵的是钛白无毒。它的熔点很高，被用来制造耐火玻璃，釉料，珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。 二氧化钛是世界上最白的东西，l克二氧化钛可以把450多平方厘米的面积涂得雪白。它比常用的白颜料一—锌钡白还要白5倍，因此是调制白油漆的最好颜料。世界上用作颜料的二氧化钛，一年多到几
十万吨。二氧化钛可以加在纸里，使纸变白并且不透明，效果比其他物质大10倍，因此，钞票纸和美术品用纸就要加二氧化钛。此外，为了使塑料的颜色变浅，使人造丝光泽柔和，有时也要添加二氧化钛。在橡胶工业上，二氧化钛还被用作为白色橡胶的填料。是目前主要的光催化剂，在工业生产中，有着很重要的作用。 食品应用研究 金红石型二氧化钛代替目前允许使用的锐钛型二氧化钛的安全性。 二氧化钛(俗称钛白粉)是一种允许使用的食用色素，JECFA中没有规定ADI值。得出此项结论的依据是在大量的物种研究包括对人类的研究中，并没有发现二氧化钛被大量的吸收和组织的存积。在欧盟，二氧化钛(俗称钛白粉)作为允许的食用色素被列入欧共体94/36/条例的附录I中。生产出的二氧化钛有两种晶型结构——锐钛矿型和金红石型。在94/36/条例中规定二氧化钛仅允许使用锐钛型。而JECFA 规定允许使用两种形式。 金红石型和锐钛矿型两种晶型的二氧化钛(俗称钛白粉)具有相近的化学性质，但它们的晶型结构及光反射度是不同的。这两种形式的生物利用率本质上是相同的，近而毒理学数据适用于任何一种形式。这种型式的二氧化钛可能会代替锐钛矿二氧化钛应用于目前的各个使用领域。
钛白粉的使用 基于钛白粉具有折射率高，消色力强，遮盖力大，耐候性好，分散性强，光泽好，物理与化学性能稳定等许多优异的特性，所以是用量最大，质量最好，应用最广的白色颜料。是电子、化工、轻工和冶金等行业中不可缺少的原料，是一种重要的化工产品，具有广泛的应用前景。 （一）、在涂料上的应用 涂料是由颜料、油料、漆料（树脂）、溶剂和催干剂等组成的粘稠悬浮液，它涂布在物体表面受空气的氧化和溶剂的挥发而形成一层坚韧的涂膜，对物体起到装饰和防护的作用。涂料中的颜料，不但使漆膜呈现不同的色彩，达到美观和装饰外，它还可以增强漆膜的机械强度和附着力，并且能防止紫外线及水分等的穿透，使漆膜本身推迟了老化作用，延长了使用寿命。 颜料中白色颜料用途最广，白色漆和浅色漆都要用到它，所以在造漆中，白色颜料的用量比其他颜料多得多，能用于造漆的白色颜料常为锌白、锌钡白和钛白粉等。由于涂料工业品种的发展，出现合成树脂涂料，其聚合度较大，如加入锌白，则因锌白有碱性，与涂料中的游离脂肪酸作用，而有变稠的倾向；如加入锌钡白，则耐候性差。但采用钛白，就可以改善以上的缺点，因为钛白粉的粒子细小而均匀，光化学稳定性高，遮盖率比锌白、锌钡白大二倍以上，消色力大5~6倍，因此可以大大降低整个漆料中颜料的用量，同时制成的漆颜色好，不易泛黄，并且有耐热性和耐酸、耐硫、耐碱等化学稳定性，特别是金红石型钛白粉，其结构稳定，耐候性比锐钛型好，能耐紫外线的照射，在室外不会粉化等优点，因此适用于高度耐候性的各种高级船舶、桥梁、汽车、建筑等室外涂料。而锐钛型钛白粉一般只用于室内涂料。由此可见，钛白粉已成为涂料生产中必不可少的白色颜料。世界上大约有60％以上的钛白粉用于各种涂料的生产。 （二）、在塑料上的应用 塑料是树脂、增塑剂、填料和着色剂的混和物，它具有质轻、耐腐蚀、耐摩擦、机械性能高、电绝缘性好、易于加工、美观等特点，可以作结构材料、绝缘材料和耐腐蚀材料，在国民经济各部门、军事工业和尖端科学技术中得到广泛的应用。 为了使塑料具有美观的色彩，常在塑料中加入一定量的色料。对色料的要求是在加工过程中易于着色和分散，并与塑料中的其他成分不起化学反应。由于钛白粉的白度高，消色力大，具有良好的不透明度和化学稳定性，用钛白粉代替立德粉，白色颜料的用量可降低2~3倍所以制造白色或彩色塑料的必需的着色填充剂，是最优良的白色颜料。当它和其他颜料配合使用，能形成美丽鲜艳的色彩，由于玩具和食品用具是无毒的。 （三）、在油墨上的应用 油墨是由色料、填料、助剂和展色剂等所组成的一种粘性流体。目前印刷报纸、书籍、画片和印铁、印金属、印瓷、印橡胶、印塑料和印无线电半导体的电路板都离不开油墨。由于钛白粉具有遮盖力大、消色力高、颗粒细、耐稀酸稀碱、耐光、耐热、不易泛黄、憎水性好、流动性小、不溶于展色剂且能均匀分散在展色剂中，所以是高级白色油墨和浅色油墨不可缺
1.钛白粉生产工艺介绍 §1.1钛白粉的生产工艺 二氧化钛是一种重要的无机化工原料，无毒、对健康无害，是最重要的白色颜料，占全部白色颜料使用量的80%。从全世界范围来说，所开采的钛矿90％以上用于TiO2颜料的生产。1998年，世界总的TiO2颜料消费量为355万吨，按2000美元/吨的单价计其总价值为70亿美元，是仅次于合成氨和磷酸的第三大无机化工产品。许多发达国家都将其列为关键化学品行列，在某些国家和地区，其生产量与国民生产总值成正比，它已成为衡量一个国家经济发展和人民生活水平高低的重要标志之一。 钛白粉的工业生产方法有氯化法和硫酸法两种，其中56%为氯化法产品，这种产品的70%以上又产自美国杜邦、克尔麦吉公司和美资美联公司，其他国家的钛白粉工厂仍以硫酸法为主。我公司拟建的钛白装置也属于氯化法。我国钛资源储量居世界之首，到2000/2001年上半年，全国各钛白生产企业的产能总和将达到38万t/a。除锦州铁合金总厂钛白分厂为氯化法生产外，其余厂家均为硫酸法。世界钛白粉生产的特点是技术高度垄断，迄今为止，世界上只有20几个国家、30多家公司、50来家工厂生产钛白粉。美国杜邦公司、英国二氧化钛集团、美国美联无机化工公司、美国克朗诺斯公司、芬兰凯米拉公司以及美国克尔麦吉公司拥有世界钛白粉生产能力的78%。 §1.2钛白粉生产发展史 1789年，英国业余矿物学家格雷戈尔神甫在其教区哥纳瓦尔州的默纳金山谷里的黑色磁性砂石（钛铁矿）中发现一种新的元素（钛），当时命名为“默纳金尼特”1795年，德国化学家克拉普罗特在对岩石矿物作系统分析检验时发现一种新的金属氧化物，即是现在的金红石（TiO2）亦含有此新元素，他把此新元素以希腊神话中天地之子Titans(泰坦神）命名为钛（Titanium）。“钛”亦即是格雷戈尔所称的“默纳金尼特”。 我国钛矿资源的地质勘查，主要是新中国成立后的50年代至60年代进行的，并相继投入开发；我国钛矿资源的深加工利用（生产钛白、焊条涂料、海绵钛、钛金属、钛材等），则是从1954年由北京有色金属研究院研制海绵钛开始，1958年沈阳有色金属加工厂建成海绵钛及钛材加工车间投产，60年代末开始形成钛工业体系（生产海绵钛、钛加工材等多种产品），至1997年，我国钛工业已形成矿山-冶炼-加工和科研-设计-生产-应用两个相互关联、比较完整的体系。 国内外钛矿资源的90％以上用于生产钛白，钛白的生产工艺流程，主要有先进的氯化法和传统的硫酸法，其生产工艺及优缺点比较见表5。 §1.3国际 世界上在1824年就开始了钛白粉的制备和性能研究,在1916年于挪威建成了年产1000t 含25%二氧化钛的复合颜料厂,1918年美国钛颜料公司成立(后为国家铅业公司兼并)并开始了钛白粉的工业化生产.1923年法国采用稀释法晶种进行水解,生产出了含96%~99%二氧化钛的颜料钛白粉(锐钛),1925年美国国家铅业公司开始生产纯二氧化钛.(锐钛).1930年麦克伦堡采用外加碱中和晶种法对水解制钛白粉工
·二氧化钛制造过程【工艺流程】二氧化钛的制造过程二氧化钛颜料的制造有两种生产工艺：硫酸法和氯化法。R型二氧化钛和A型二氧化钛均可由任一种过程来生产。目前杜邦只使用先进的氯化法工艺来生产。 图19的流程图以简化形式说明生成二氧化钛中间体的两种加工程序。图19的下半部说明最后处理操作，此操作适用于两种制造方法。 硫酸法在1931年商业化，先是生产A型二氢化钛(A—Type)，后来(1941年)生产R型二氧化钛(R—Type)，在这种方法中，含钛的矿砂溶于硫酸中，产生钛的溶液及铁和其他金属的硫酸盐。然后经过一连串的步骤，包括化学还原、纯化、沉淀、洗涤、燃烧。最后产生颜料大小的二氧化钛中间体。A型二氧化钛和R型二氧化钛硅晶体结构是由核晶过程和燃烧过程控制的 FeTiO3十2H2SO4 TiOSO4十FeSO4十2H2O TiOSO4十H2O TiO2十H2SO4 氯化法大约是在1950年由杜邦公司商业化的，只用于生产R型二氧化钛。自从1975年以来，亦已用于生产A型二氧化钛了。这个方法包括两个高温无水蒸汽相反应。钛矿和氯气在还原条件下发生反应，生成四氯化钛和金属氯化物杂质，杂质随后清除。 然后，将高纯度的四氯化钛征高温下氧化，生成非常光亮的二氧化钛中间体。利用氯化法中的氧化阶段能够严格控制粒子的大小和晶体类型，能生产有高覆盖能力和着色强度的二氧化钛。 2FeTiO3十7Cl2十3C 2TiCl4十2FeCl3十3CO2 TiCl4十O2 TiO2十2Cl2 在硫酸法和氯化法两种方法中，中间产品都是颜料粒子的成簇二氧化钛晶体，这种成簇品粒必须加以分离(研磨)以得到最佳光学性能。根据最后用途的要求，采用各种湿加工方法来改良二氧化钛，包括硅、铝或锌的水合氧化物征颜料粒子表面上沉淀，可以使用个别的水合氧化物处理法或不同处理法的组合，以获得特殊用途上的最佳性能。 制造二氧化钛颜料的重要问题足钛矿的供应，虽然钛的蕴藏量列在前十名元素之中，但它在自然界中却以低浓度广泛地分布，需要提高采矿和矿物加工操作的效率，以满足制造二氧化钛的经济要求。杜邦公司的业务范围是世界性的，可保证对自己几个生产工厂有源源不断供应含钛浓缩矿物。
中国金红石型钛白粉与国外产品的质量有不小差距。对涂料而言，存在众多体系：水性的内、外墙乳胶漆，油性外墙漆，船舶漆，粉未涂料，卷钢涂料，木器涂料，防腐涂料等。不同涂料所采用的体系完全不同，对钛白粉的应用要求也不同： A.乳胶漆 乳胶漆为水性，不含溶剂或含有少量溶剂，具有耐候、可刷洗、环保等优点，被广泛用作建筑涂料。由于内、外墙乳胶漆所采用的乳液体系各异：丙烯酸型、苯丙、醋丙等。从而对钛白粉的应用要求也不同。 近年来，各涂料厂为了提高生产效率，多取消了研磨工艺，由此，对钛白粉在乳胶漆中的分散性，分散稳定性的要求变得更为突出。当然，钛白粉在乳胶漆中的遮盖力也同样重要。在国产钛白粉中，如果以在乳胶漆中的分散性而论，龙蟒996名列前茅，与杜邦的R902基本无差异，镇江钛白的某个品种也不错；若以在乳胶漆中的遮盖率而论，则东佳的R2400及渝钛白的258较好。在外墙乳胶漆中，各工厂基本上都使用进口金红石型钛白粉，如R706等。国产钛白粉由于技术上存在的差距(耐候性)，目前还未被国际大公司在外墙乳胶漆中所采用。某著名国际涂料集团十年前曾计划将其使用的钛白粉国产化率达50%以上，但直到今天，该集团采用的中国钛白粉的量仅占其总量的10％左右，主要原因是分散性，分散稳定性及遮盖力不能满足要求。 B．卷材和印铁涂料 彩钢是近年来发展起来的新品种，彩钢具有坚固耐久、使用方便、美观大方、可以拆卸等优点而受到用户欢迎。卷材涂料可分为里层和表层，表层又分为底漆和面漆。表层要求高，面漆的要求更高。 卷材涂料对国产钛白粉要求与乳胶漆完全不同：卷材涂料为溶剂型，大量使用醇醚类溶剂，特殊酯类及酮类溶剂，多数为聚脂和环氧树酯体系。强极性体系导致钛白粉不易分散，由于加工工序可包含研磨工序，反而对国产钛白粉分散性要求不苟刻，但对遮盖力要求高。卷材涂料一般都使用金红石型，里层背面漆要求相对较低，可以使用国产金红石，表层漆还是用进口金红石型。国产钛白粉可能多数是针对乳胶漆而开发，应用于卷材涂料中目前还达不到要求的细度及遮盖力。目前仅1-2家厂家的个别型号可用于底漆制造。 C．防腐涂料 防腐涂料以船舶漆为代表，以环氧树脂体系为主，多数厂不采用研磨工序。防腐涂料对钛白粉综合性能要求不十分苛刻，国产的钛白粉能否被采用，关键取决于分散性，分散稳定性及遮盖力。国产产品目前主要被用在底漆中，对耐候性要求高的面漆，目前仍主要使用进口耐候级钛白粉。 D．家具漆 家具漆主要分聚氨酯及硝化棉型，分散性对国产钛白粉在家具漆中应用非常关键，若制造工艺中不包含研磨工序，国产钛白粉很难达到要求的细度，尤其是硝化棉型。 E．汽车漆 汽车漆有高级和中低级之分，最好的是轿车漆，其次是卡车和客车漆。目前能够使用在轿车漆中的钛白品牌很少，均为专用型进口金红石钛白，如R2310等。国产金红石钛白目前
纳米二氧化钛的应用 纳米二氧化钛作为一种高效、无毒的光催化剂，在环保领域的应用越来越 受到人们的广泛关注和重视。抗菌材料纳米TiO2以其优异的抗菌性能成为开发研 究的热点之一，以期应用于水处理装置、医疗设备、食品包装、建材（如抗菌地砖、抗菌陶瓷卫生设施、抗菌砂浆、抗菌涂料等）、化妆品、纺织品、日用品以及家用电器等各个领域。1、气体净化环境有害气体可分为室内有害气体和大气污染气体。室内有害气体主要有装饰材料等放出的甲醛及生活环境中产生的甲硫醇、硫化氢及氨气等。TiO2通过光催化作用可将吸附于其表面的这些物质分解氧化，从而使空气中这些物质的浓度降低，减轻或消除环境不适感。大气污染气体，主要是由汽车尾气与工业废气等带来的氮氧化物和硫氧化合物。利用纳米TiO2的催化作用将这些气体氧化成蒸汽压低的硫酸和硝酸，在降雨过程中除去，从而达到降低大气污染的目的。在居室、办公室窗玻璃、陶瓷等建材表面涂敷TiO2光催化薄膜或在房间内安放TiO2光催化设备，均可有效地降解污染物，净化室内空气。利用纳米TiO2开发出来的一种抗剥离光催化薄板，可利用太阳光有效去除空气中的NOx气体，而且薄板表面生成的HN03可由雨水冲洗掉，保证了催化剂活性的稳定。2、抗菌除臭抗菌是指纳米TiO2在光照下对环境中微生物的抑制或杀灭作用。TiO2光催化剂对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等具有很强的杀能力。当细菌吸附于由纳米二氧化钛涂敷的光催化陶瓷表面时，2被紫外光激发后产生的活性超氧离子自由基(·O2-)和羟基自由基(·OH)能穿透细菌的细胞壁，破坏细胞膜质，进入菌体，阻止成膜物质的传输，阻断其呼吸系统和电子传输系统，从而有效地杀灭细菌，并抑制细菌分解有机物产生臭味物质(如H2S、SO2、硫醇等)。因此，纳米TiO2能净化空气，具有除臭功能。3、处理有机污水工业污水和生活污水中含有大量的有机污染物，尤其是工业污水中含有大量的有毒、有害的有机物质，这些污染物用生物处理技术很难消除。许多学者对水中有机污染物光催化分解进行了系统的研究，结果表明以TiO2为光催化剂，在光照的条件下，可使水中的烃类、卤代物、羧酸等发生氧化还原反应，并逐步降解，最终完全氧化为环境友好的CO2和H2O等无害物质。4、处理无机污水除有机物外，许多无机物在TiO2表面也具有光学活性，例如无机污水中的Cr6+接触到TiO2催化剂表面时，能够捕获表面的光生电子而发生还原反应，使高价有毒的Cr6+降解为毒性较低或无毒的Cr3+，从而起到净化污水的作用；一些重金属离子如Pt4+，Hg2+，Au3+等，在催化剂表面也能够捕获电子而发生还原沉淀反应，可回收污水的无机重金属离子。5、防雾、自清洁功能TiO2薄膜在光照下具有超亲水性和超永久性，因此其具有防雾功能。如在汽车后视镜上涂覆一层氧化钛薄膜，即使空气中的水分或者水蒸气凝结，冷凝水也不会形成单个水滴，而是形成水膜均匀地铺展在表面，所以表面不会发生光散射的雾。当有雨水冲过，在表面附着的雨水也会迅速扩散成为均匀的水膜，这样就不会形成分散视线的水滴，使得后视镜表面保持原有的光亮，提高行车的安全性。阅读会员限时特惠 7大会员特权立即尝鲜 如果把高层建筑的窗玻璃、陶瓷等这些建材表面涂覆一层氧化钛薄膜，利用氧化钛的光催化反应就可以把吸附在氧化钛表面的有机污染物分解为CO2和O2，同剩余的无机物一起可被雨水冲刷干净，从而实现自清洁功能。 6、抗菌塑料 在日常生活中人们是离不开塑料制品的，如卫生间设施、桌面、垃圾箱、厨房用具、家用电器的塑料外壳、食品包装袋等等，由于温度、湿度合适，非常容易滋生感染细菌。因此!，对此类材料进行抗菌处理是极其必要的。 徐瑞芬等【2】 利用纳米TiO2作为无机抗菌剂，研制抗菌广谱长效的功能塑料。结果表明：采用锐钛矿
钛白粉具体应用 TiO2-钛白粉是一种性能最为优异的白色颜料，广泛应用于国民经济的各个领域。迄今为止，凡是着白色或浅色的工业制品中都缺少不了TiO2，有些非着 色的产品中也含有TiO2,TiO2几乎应用于各种工业部门。但是从世界范围来说，其钛白粉具体应用领域是涂料、塑料和纸张，消费结构如下：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% 钛白粉具体应用涂料 涂料（coati ng ）是以有机溶剂为溶剂的油漆（pai nt ）和以水为溶剂的水性漆以及无溶剂型的粉末和光固化涂料等的总称，它是由颜料、油料、漆料（树脂）、溶剂和催干剂等组成的粘稠悬浮液，涂布在物体表面受空气的氧化和溶剂的挥发而形成一层坚韧的涂膜而对物体起到装饰和防护的作用。就涂料而言，人们一般 泛指的是油漆，严格地讲油漆是指加入了颜料的色漆，而涂料是指涂在表面后能形成连续膜的任何一种材料，当然包括油漆在内。 涂料是钛白粉的最大用户，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流右，年均需用钛白粉8万吨（96?98年数据）。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% 在涂料用白色颜料中，以钛白粉的性能最好，用钛白粉生产出的涂料不仅色彩鲜艳、遮盖力高、着色力强、耐候性好、耗油量也比较低，并能增强涂膜的附着力和机械强度、延长涂料的使用寿命。钛白粉在涂料中的最重要的作用是它的高遮盖力使涂膜不透明。 工业涂料的服务范围很广，包括汽车、船舶、建筑、木器和金属家俱、家用电器、卷材涂装、玩具、日用品等。1999年我国涂料总产量约226万吨，仅次于美国、日本，居世界第三位?。涂料中50%为建筑涂料，而建筑涂料中乳胶漆约占30%-40%年需用钛白粉4.5?6万吨。近年来由于我国交通业的高速发展，汽车漆和路标漆的用量也较大。 塑料 塑料是二氧化钛颜料的第二大用户，占世界二氧化钛总需求量的18%- 20% 二氧化钛在塑料中的加入量随其品种和应用场合而异，一般在0.5%?5%之间。 钛白粉在塑料制品中的应用，除了利用它的高遮盖力、消色力以及与其他颜料拼用性能好外，它还能提高塑料制品的耐热、耐光、耐候性能以使塑料制品免受U V光的侵袭，改善塑料制品的机械强度和电性能。几乎所有热固性和热塑性的塑料中都使
The Use of Titanium Dioxide in the Process of Water Purification Valentina Smirnova, Olga Nazarenko and Alexander Ilyin Tomsk Polytechnic University, 30 Lenin Ave, Tomsk, 634050, Russia. vv_smirnova@https://www.doczj.com/doc/0c11115410.html, Abstract – This paper relates to the problem of drinking water contaminants from soluble heavy metals. Proposed for sorption purification of water using titanium dioxide, which was synthesized by chemical and electrochemical methods. The synthesized products are nanostructured compounds x-ray amorphous and crystalline titanium dioxide. Adsorbed and crystallization water is removed by heating from sorbent to 110 °C in air. To stabilize the amorphous structure of the sorbent calcined at 600 °C. At the same time formed titanium dioxide, containing two crystalline phases: anatase and rutile. Sorption properties with respect to the soluble ions of Fe+2/Fe+3 and Mn+2 was investigated in static mode, using titanium dioxide powders synthesized in acidic, neutral and alkaline media. Pre-sorbents were subjected to activation by the action of ultrasound (22 kHz, 0.15 W/cm2). The best results were obtained using a titanium dioxide powder, which was synthesized in an alkaline environment. For practical use of sorbent needed to achieve two objectives: to transfer the sorbent powder into pellets with preservation of the active surface, resistant to water and to develop a system of regeneration of used sorbent. In this paper we studied the water resistance of granular titanium dioxide and how it can regenerate after purification. Keywords: water purification, titanium dioxide, ultrasound treatment, cavitation, IR spectroscopy, thermal analysis, the heavy metal impurities I.I NTRODUCTION Initial purification of drinking water is primarily from the use of mechanical methods in which the sorption loading are: quartz sand, charcoal, activated carbon and some of minerals. This gives rise to secondary contamination, related to the leaching them from the sorbent. Water treatment with chemical sorbents is a new promising direction in obtaining large amounts of clean drinking water. In this regard, chemically inert to leaching and promising sorbent is titanium dioxide, which has recently seen an increased interest, as on the surface except for the sorption process is possible and the process of disinfecting water. In addition, titanium dioxide under certain conditions can act as cation and anion both. This versatility in the water treatment increases the interest in the study of the sorbent. At the same time, the properties and characteristics of titanium dioxide, and how it is received not been studied for practical use. One method of modifying the surface of the sorbents is their ultrasonic treatment in various media with the formation of sorption sites in cavitation. When the ultrasonic cavitation bubbles effects occur within which pressure fluctuations (± P) reaches 105 kPa. Under the action of ultrasound is the change of solid surfaces and thereby increases the sorption capacity. The aim of this study was to establish the nature of the functional groups formed under the conditions of cavitation, and their influence on the sorption activity of soluble impurities of iron and manganese cations. II.EXPERIMENTAL METHODS Titanium dioxide was synthesized by hydrolysis of titanium tetrachloride [1, 2], followed drying (110 °C) and calcination in air (600 °C). To determine the nature of the functional groups on the surface of the synthesized titanium dioxide recorded infrared spectra (IR) absorption of the sample in the range 4000 - 400 cm-1 (FT-IR spectrometer, Nicolet 5700 Research and Analytical Center TPU). Recording of samples the spectra were carried out in the form of compressed tablets of potassium bromide. Thermal properties of the synthesized titanium dioxide were investigated by means thermoanalyzer Q 600 STD when heated to 800 °C at 10 °C per minute in the air. The accuracy of temperature measurement was 0.01 °C. Soluble impurities Fe+2 and Mn+2, really present in the drinking water of Tomsk city, were used as objects of study. The content of iron impurities were determined by photometry of the standard method [3]. The method is based on the interaction of iron ions with sulfosalicylic acid in an alkaline medium and the formation of yellow colored complex compound. The color intensity is proportional to the weight concentration of iron was measured at a wavelength of 400 - 430 nm. The content of manganese impurities were analyzed by photometry [4]. The method is based on the oxidation of manganese compounds to MnO4-. Oxidation occurs in the acidic environment of ammonium or potassium persulfate in the presence of silver ions as a catalyst. Thus there is a pink color of the solution, the absorption intensity was measured at the wavelength range 530 - 525 nm. To prepare the model solutions used analytical grade purity chemicals. Solutions for the study was prepared by dissolving geptahydrate iron sulfate (II) and pentahydrate manganese sulfate (II). The accuracy of the experiment provided the construction of calibration function and statistical processing of the data with a probability P = 0.95: for iron - in the range of concentrations from 0.01 to 2.00 mg/l, for manganese – from 0.005 to 0.3 mg/l. For the experiments were prepared model solutions of iron and manganese, 3 and 1 mg/l, respectively, by dissolving accurately weighed portion of salts. Previously, before the sorption experiments, the synthesized 978-1-4673-1773-3/12/$31.00 ?2013 IEEE
锐钛矿TiO2转变为金红石TiO2机制和性能 摘要：TiO2 是多相光催化研究中使用较多的一种材料。其在自然界存有3种不同的晶型：锐钛矿、金红石、板钛矿相。锐钛矿相转变为金红石相的过程是扩散相变。金红石是热力学稳定相, 锐钛矿是亚稳相, 并且从锐钛矿相到金红石相的相变是亚稳相到稳定相的不可逆相变。而煅烧时间与煅烧温度会影响其晶型的转变。在众多影响光催化性能的因素中，晶型是较为重要的一个因素。 关键字：锐钛矿、金红石、TiO2、相变、光催化 光催化降解是一门新型的并正在迅速发展的科学技术。研究表明，在适当的条件下，许多有机物污染物经光催化降解，可生成无毒无味的CO2、H2O及一些简单的无机物。目前，在光催化降解领域所采用的光催化剂多为N型半导体材料, 如TiO2、ZnO、Fe2O3、SnO2、WO3和CdS 等, 其中TiO2以其无毒、价廉、稳定和特殊的光、电性能等优点倍受人们青睐，成为最受重视的一种光催化剂[1]。 1.二氧化钛的结构 近年来, TiO2纳米材料制备、表征及改性一直是光催化研究领域的重点。同一种半导体可能具有不同的晶型，晶型的不同实际上就是组成物质的原子不同的空间构型有序的排布。二氧化钛是白色粉末状多晶型化合物, 自然界有锐钛矿型, 金红石型和板钛型三种晶 型结构, 但板钛型二氧化钛极不稳定且无实用价值[2]。所以目前的研究一般都主要为金红石相及锐钛矿相。TiO2晶体基本结构是钛氧八面体( TiO6)。钛氧八面体连接形式不同而构成锐钛矿相、金红石相和板钛矿相。锐钛矿型和金红石型均属于四方晶系，二者均可用相互连接的Ti06八面体表示，但八面体的畸变程度和连接方式各不不同。板钛矿型属正交晶系，一般难以制备，目前研究很少。如图1所示，金红石型（a）的八面体不规则，微显斜方晶；锐钛矿(b)呈明显的斜方晶畸变，对称性低于前者。从图2[3]中可以看出锐钛矿TiO2的Ti-Ti键长比金红石大，而Ti-O键比金红石小。 TiO2晶体基本结构——钛氧八面体有两种连接方式。如图3所示,分别为共边连接与共顶角连接。从图4[4]中可以看到锐钛矿中每个八面体与周围8个八面体相联(四个共边，四个共顶角)。金红石中的每个八面体与周围10个八面体相联(其中两个共边，八个共顶角)。 图1 金红石、锐钛矿和板钛矿的TiO6八面体结构