钛白粉

钛白粉是二氧化钛的俗称，优秀的白色功用使其在油墨、涂料、油漆、造纸等工作占有了商场的绝大比例，因此，被冠于“白色之王”的美誉，在咱们的日常生活中，只要有白色产品或类白色产品，几乎都有钛白粉的参与。除了钛白粉之外，类似产品还有铅白、锌白、立德粉、大白粉等，它们的商场比例远不及钛白粉，而且各项功用较差，尤其是耐候性、光泽度等方面，因此它们只能运用于低端工作。

现在，钛白粉的出产有两种方法，分别是硫酸法和氯化法，就全国际范围内来讲，氯化法的产能要比硫酸法略多，而在我国，由于技能原因，硫酸法厂家远大于氯化法，氯化法的年产量仅占总产量的5~8%。

硫酸法之所以运用广泛是由于它开展历史悠久，工艺道路恰当成熟，对设备的配备要求很低，对材料的要求不高，钛矿、钛渣都可以，而且这种方法即可以出产金红石型钛白粉，又能出产锐钛型钛白粉，基建要求低，投产时间短。由于以上原因，硫酸法钛白粉被广泛仿制，在钛白粉工作占有恰当重要的位置。比较氯化法，硫酸法又有自己的缺点，首要表现在操作流程很长，各岗位操作杂乱，机械化程度低，流程变量多，参数可控性不高，且“三废”排放量大，污染严峻，能源消耗巨大，归于高能耗、高污染企业。虽然硫酸法缺点许多，也有被其他方法代替的趋势，但是现阶段人们对它的热情不减，生命力仍旧坚强，在将来的很长时间内仍旧会占有重要的位置。

虽然氯化法比较先进，流程短，自动化程度高，产品质量安稳等长处，但是它的材料来历困难，本钱高，虽然“三废”排放量少，但是将出产高钛渣和人工金红石所排放的废弃物核算在内，其“三废”排放总量也是恰当巨大的。同时，其技能杂乱，出产难度大，对设备和材料要求高，推广起来仍是有必定的难度。

在钛白粉的各项方针中，白度是比较重要的方针之一，由于钛白粉的白度较高，也是被称为“白色之王”的首要原因，但是钛白粉的白度并非定值，而是根据出产方法和工艺参数改动的，当然白度是越高越好。关于钛白粉白度的影响要素国内外研讨的较少，相关论文及著作说明的也较为广泛。孙莉通过研讨二氧化钛粒子的巨细、形状、粒度分布以及杂质的种类和晶核缺点简明说明晰它们与白度的联络，但关于理论说明较少，没有找到根本原因；李俊峰、张兵兵等侧重对表面处理的影响做了相关研讨，认为浆料松散性、pH值、化学品参与次第等对毕竟产性情有较大影响，但对白度的说明很少；乔梁虽未对钛白粉的白度进行研讨，但对纯碱的白度做了相关说明，认为粒度、铁含量和出产工艺对产品功用有较大影响。

2.白度的界说及分类

白是具有光反射比高和色饱和度低的特殊颜色特征，是根据目视感知而判别反射物体所能显白的程度。一般当物体表面临可见光谱内全部波长的反射比都在80%以上时，可以为该物体表面为白色。白色位于色空间中恰当狭隘的范围内，它们与其他颜色相同，可以用三维量（即光反射比Y、纯度C、主波长λ）来标明。但人们却习气将不同白度物体按一维量白度（W）排序来定量点评其白色程度，而把志向白色（如高纯度硫酸钡）作为参比标准。无论是目视判定白度，仍是用仪器判定白度，都必须建立在公认的“标准”基础上。所以，所谓白度是指间隔志向白色的程度。

为了便于研讨及比较，人们引进三影响值Y（明度）、兴奋纯度（Pe），以及L、a、b值几个物理量来标准白度或颜色。关于Y和Pe来讲，不同的人有不同的观点，有材料闪现物体表面Y＞70，Pe＜10时可看做白色，有的则闪现Y=70~90，Pe=0~10时为白色。

为了进一步改进和同一颜色的点评方法，国际照明委员会（CIE）引用了L、a*、b*三个数值来标明某一颜色，L值为亮度，改动范围了0~100，L=0为完全黑暗，即为黑色，L=100为亮堂。a*、b*值有正负之分，其间a标明红绿色，-a*为绿色，越大，绿色饱和度越大，+a*为赤色，数值越大，赤色越剧烈。b*值为黄蓝色，-b*为蓝色，越大，蓝色越深，+b*为黄色，数值越大，黄色越深。有了这三个数值之后可在空间建立三维颜色坐标系，见图1，L、a、b为坐标轴，任何一种可见光颜色都可以在坐标系中标明出来，这种标明方法比于Y和Pe更为精确，适用范围更广。

现在，国际上关于白度的核算公式或方法有多种，如甘茨白度、蓝光白度、亨特百度、Tabble白度、建材白度等，乃至每个工作或企业都有不同的判定方法，就是用频率来看，甘茨白度、蓝光白度、亨特白度是运用最为广泛的三种，下面简略介绍一下。

2.1甘茨白度

甘茨白度是CIE在20世纪80年代发布的白度公式，其特征是以物体颜色的三影响值为根据进行核算，相关的公式如下：

W10为干茨白度值，TW、TW10为淡颜色指数，Y、x10、y10为在10°视场下测得的样式值，xn、yn为在10°视场下D65标准光源的坐标值，其间xn=0.3138，yn=0.3309。该公式的长处是关于白度较好的物质测量效果较为精确，但是关于其他颜色的测量精确性较差，一般只用于点评白色物质。

2.2 蓝光白度

蓝光白度简写为Wb或R457，公式为：

Wb=Kb∑R(λ)F(λ)△λ

该公式中，Kb为归化系数，数值为Kb=∑F(λ) △λ，R(λ)为标准白板的蓝光白度仪器相同照明查询条件下的光谱亮度因数，F(λ)为蓝光白度计的相对光谱相应分布，λ为波长。由于该公式的参看量较多，二期核算起来较为繁琐，因此通常用三影响值色度测量仪（D65在10°下测量）测出的Z值来转化，转化公式为：

Wb=0.925Z+1.16

上述公式也具有必定的运用范围，因其参数较少，核算方便在油墨、涂料等领域可作为核算参看，而且精确性较高。

2.3亨特白度

亨特白度在我国比较通用，在国标中也有明确规定，亨特白度用WH标明，核算公式如下：

式中a、b为亨特征品指数，L为亨特明度指数。亨特白度的测量有两种方法，一种是在C照明体2°视场中，亨特指数L、a、b分别为：

另一种亨特白度的测量方法是在D65标准照明体10°的视场中，亨特指数L、a、b分别为：

上述各式中X2、Y2、Z2与X10、Y10、Z10分别为2°视场和10°视场中的三影响值。该方法的特征是以色差方法核算白度值，测定效果的白度值较高，极差较小，适用于白度值较高的样品的测量，在钛白粉工作中运用较多。

3.白度的测量

白度的核算和测量方法有多种，因此在对比白度时需求说明用的何种核算方法，由于不同的核算方法得到的白度值有较大不同。在市道上有许多用于测量白度的仪器，不同一同的测量原理或许存在差异，致使同种样品运用不同仪器测量时效果有所不同。

现在用于测量白度的仪器有MS-350、ND101-DP、ZDB-1等，它们的光源类型和视野角度有所不同，表1为同种样品不同检验条件下的白度值，由表可知，不同的检验条件对白度的影响较大，因此，检验方法的选择对白度数据有恰当大的影响。

4.影响白度的要素

就现在来讲，影响钛白粉白度的要素有杂质、粒径和粒度分布、颗粒形状、钛含量等，下面临这几个要素简明说明一下。

4.1 杂质

在钛白粉工艺中，尤其是硫酸法钛白粉工艺，大部分的作业是为了除去产品中的杂质，由于杂质严峻影响钛白粉的运用功用， 特别是白度。显色金属氧化物杂质在极低的含量下就能影响白度，这些元素有铁、锰、铬、铜等，这些杂质本身就带有颜色，在白色的钛白粉中极易显色，常见的杂质及显色浓度见表。

在实践出产中，杂质污染钛白粉的极限含量要比表2中严峻的多，即在更低的浓度下就能显色，以铁元素为例，当赤色的Fe3+进入Ti4+的方位后，因极化而变形，这就比正常的铁吸收更多的赤色。因此，Fe3+置换Ti4+后导致光的吸收与浓度不成比例，即此时铁元素对钛白粉白度的影响比表格中列出的数据严峻的多。这首要的由于Fe3+被极化的才华很强，在遇到极化才华强的原子时，铁原子会被极化而变形。而且 ，钛原子半径小，极化才华很强，当Fe3+浓度增加后，彼此之间会由于氧缺点而导致彼此招引，原子核外部被拉长，进一步在光能作用下失掉电子，发生剧烈的光色互变现象。根据显色元素的不同光色互变现象也不同，铁元素为赤色光色互变现象，锰元素为灰色光色互变现象。铈元素为黄色光色互变现象等。

4.2 粒径和粒度分布

粒径和粒度分布也是影响钛白粉白度的首要要素，它首要是通过钛白粉颗粒对光的反射、散射等现象影响的。图2为5个钛白粉样品的粒度分布图，图中横坐标为颗粒的粒度，纵坐标为该粒度的钛白粉在体系中的占有比例，即频率，曲线下方的积分为1。图中曲线峰值越大，峰域越窄，曲线越偏左，代表该种颗粒的钛白粉粒径越小，粒度分布越会集，钛白粉的各项功用就越好。

图2中5个样品的均匀粒径为0.4、0.55、0.6、0.8、1.0μm，这几个样品除粒径不同外组分完全相同，将这几个样品用MS-350白度检验仪测量

根据图中数据可知，钛白粉的粒径越小，白度值越高，这首要是由于钛白粉粒径越小，表面积增大，光的反射、漫反射增强。根据光波的特性，当颜料粒子的粒径小于光波的一半时可以取得对该波长的色光的散射，由此分析，对波长蓝色光散射的粒径在0.2μm左右，波长较长的赤色光散射的粒径在0.35μm左右，因此，小粒径的钛白粉的散射光呈蓝相，而透过光则为蓝色的补色红黄相，反之，大粒径的钛白粉散射光为红相，透过光为蓝相。

在上述5个样品中均匀粒径都在0.4μm以上，远超过了蓝光散射粒径0.2μm和红光散射粒径0.35μm，但仍会有蓝光和红光的散射，这是由于在5个样品中均匀粒径仅仅均匀值，在松散体系中存在大量0~0.35μm的颗粒，这些颗粒可以发生剧烈的反射、散射和吸收，当均匀粒径小时，0~0.2μm粒径的颗粒就多，对蓝光散射就强，均匀粒径大时，0~0.2μm粒径的颗粒少，0.2~0.35μm粒径的颗粒多，对红光散射就强，白度显着下降。

4.3 颗粒形状

颗粒形状是指钛白粉颗粒的存在情况，可分为球状、杆状和层状，如图4所示。球状为颗粒呈球行或类球形，杆状为颗粒的横截面和纵截面为长方形和圆形或类似形状，层状颗粒为颗粒厚度较薄但一侧面积较大。这三种颗粒形状在钛白粉中常见，球状为志向情况，但是由于包膜或气粉的要素或许发生杆状和层状。人为控制气粉条件，出产出三种形状的钛白粉，用MS-350白度检验仪测量白度，得到的效果见表3。

表3 颗粒形状与白度的联络

由表3可知，层状钛白粉的白度略低，球状和杆状的白度十分接近，因此，钛白粉颗粒形状虽然可以稍微影响白度，但不是首要要素。在出产中，颗粒的形状首要影响钛白粉的光泽度、遮盖力、松散性等方针，关于白度方针可不必考虑此要素。

4.4 钛含量

钛含量指钛白粉中二氧化钛的总含量，关于颜料级钛白粉中二氧化钛的含量一般在90%以上，具体在92~98%之间，其他物质首要为包膜剂与少数杂质。现在根据不同的运用场合可选用不同的包膜剂种类，常用的包膜剂有铝包膜、硅包膜、锆包膜等，也有两种或多种包膜剂一同运用，如锆铝包膜、硅铝包膜等，这些包膜剂的加量各厂家不尽相同。为了便于研讨，这儿采用铝包膜产品，即在钛白粉的后处理阶段包裹一层水和氧化铝膜，包膜化学品为硫酸铝和偏铝酸钠，包膜量分别为（以氧化铝计）2、3、4、5、6、7%，由于杂质及有机处理的存在，毕竟产品中二氧化钛的含量在92~97%之间。将这几种样品在相同条件下用MS-350白度检验仪测量白度，

从图5中可以看出，跟着二氧化钛含量的升高，白度值也升高，即铝含量升高，白度值下降，也就是说铝元素有下降白度的性质。除了铝元素外，锆、硅也是常用的包膜剂，它们也有类似的性质，仅仅下降白度的程度有所差异。

5.出产中前进白度的方法

在出产及客户运用进程中，都希望钛白粉的白度可以更高，据阅历分析，当钛白粉的白度升高时，其遮盖力、消色力方针也会相应升高，因此，要到达同等的效果运用的钛白粉量就少，本钱就会下降。关于出产中前进白度的方法现在首要有以下几点（针关于硫酸法）。

（1）材料选择方面

材料是出产的，只要合格的材料才华出产合格的产品，钛白粉关于杂质的含量极为敏感，有时要精确到1ppm，因此，选择好的矿源是重中之重。铁、锰、钒铌是比较重要的杂质，其含量需求进行严厉的检验并精确控制。

（2）水解技能

水解是硫酸法钛白粉出产进程中重要的工艺，也是影响钛白粉白度的重要方位。通常加压水解产品的均匀性较差，洗刷速度慢，制品白度差，而常压水解可以战胜这一缺点，时颗粒形状均匀，白度上升。

（3）煅烧条件

煅烧是脱水、脱硫、晶型转化、晶型生长的进程，与制品的白度有直接联络，切勿欠烧或过烧。一般在回转窑前方设置燃烧室，避免高温火焰直接触摸物料，并控制温度、转速和煅烧时间，根据阅历控制各项参数。

（4）砂磨条件

砂磨是后处理阶段的作业，其任务是将物料打碎，用于后期的包膜处理。当物料过粗时，包膜不均匀，过细会导致制品遮盖力下降，并浪费研磨资源，因此，一般控制均匀粒径在0.3~0.6μm之间。

（5）包膜进程

包膜方法、包膜量、包膜的均匀程度等都可以影响产品的白度，通常情况下，包磷、铝、锆是会是白度有升高的趋势，而包硅则会使白度不变乃至下降，而当包膜不均匀时也会严峻影响制品的白度。

（6）气粉条件

气粉是将钛白粉破坏到适宜的粒径，粒径越大，均匀性越差，白度越低，反之白度升高，因此，根据阅历一般将制品粒径破坏到0.2~0.35μm之间。

6.总结

通过以上关于钛白粉白度的分析，可得出两个结论：

（1）钛白粉的白度常用甘茨白度、蓝光白度和亨特白度来标明，不同的白度由不同的运用场合，而且测量白度的仪器存在差异，对比时需求确定仪器类型；

（2）钛白粉白度的影响要素有杂质、粒径和粒度分布、颗粒形状和钛含量，其间杂质的影响最为严峻，其次是粒度分布和钛含量，颗粒形状对白度的影响最小，具体影响作用为杂质含量越低，粒度分布越会集，均匀粒径越小，钛含量越高，白度值越大，反之白度越小。