钛白粉

　钛液的水解是二氧化钛组分从液相(钛液)从头转变为固相(偏钛酸)的进程，从而与母液中的可溶性杂质别离以提取纯二氧化钛。 水解工序是硫酸法出产中及其重要的工序之一。水解作用的优劣不但影响工业出产的经济性，而且对究竟产品的质量有极大的联系，水解时构成的过错往往在后工序是不能抢救的。

工业上对水解有如下要求：第一，水解率要高，即液相中的二氧化钛组分转变为固相的百分率要高，在不影响 制品质量和功用的条件下水解率越高越经济;第二，水解产品有必要是具有必定巨细而均匀的粒子， 组成要恒定，一起易于过滤与洗刷;第三，工艺条件要成熟易于操控;水解产品的质量要安稳，设备要简略，能适应工业出产的需求。

A、水解工艺基本原理
   
   a. 盐类的水解

由弱酸或弱碱生成的盐，溶于水时，会产生水解反响，而使溶液呈碱性或酸性。例如弱酸盐醋酸钠，水解后生成弱小电离的 HAC 分子而释出 OH-离子，使溶液呈碱性。

弱碱盐氯化铵，水解后则生成弱小电离的 NH OH 分子而释出 H+离子，使溶液呈酸性。

反响进行到各有关浓度之比等于其水解常数值，反响便抵达平衡。 假如水解的生成物是难溶物质或气体，就损坏了反响平衡，使反响持续进行，乃至可抵达彻底水解的程度。例如：混合氯化铝溶液和碳酸钠溶液时，溶液中便产生恰当于碳酸铝彻底水解的反响。　

影响盐类水解度的要素，有溶液的温度、所含盐的浓度和溶液的 pH 值。因为水解反响是吸热反 应，所以行进反响温度促进平衡向水解方向移动，添加水解的程度。下降溶液中所含盐的浓度有利 于盐的电离，也能使水解程度行进。但对水解率影响大的是 pH 值，因为在盐类抵达水解平衡之后， 参与 H+或 OH-便能损坏平衡使反响向顺或逆向移动。如对弱酸强碱的盐，若行进溶液的酸度能遏止盐 的水解使水解平衡向逆方向移动。所以关于铁(Fe3+,Fe2+)，铝(Al3+)，锰(Mn2+)，铜(Cu2+),镍(Ni2+), 钒(VO2+),铅(Pb2+)等金属的硫酸盐或盐酸盐，它们在酸度较高的溶液中一般不会水解，生成相应 的氢氧化物堆积。

在硫酸法钛白出产进程中，因为钛液的酸度很高，所以在热水解进程中它所含的杂质金属离子 受到酸度的克制而不会水解。

b. 钛液的水解反响

钛液的水解与一般盐类的水解有所不同，它没有一个固定的 pH 值，只要在加热或许稀释的条件 下它即能水解而分出氢氧化钛的水合物堆积。乃至在酸度极高(如含 H2SO4 400～500g/l)时，经 长时期的煮沸也会分出堆积。因而在水解前的各工序中，钛液的温度应操控在 70℃以下，一起也应 防止过分稀释以免产生早期水解的风险。

在常温下用水稀释钛液时，分出的是胶体氢氧化钛堆积。这种水合物即使在常温下也很易溶于 有机酸、稀的无机酸、碱以及钛盐溶液中，这样的溶液具有明显的胶体特征。这种水合物的组成接 近于二氧化钛二水合物 TiO2·2H2O 或许 Ti(OH)4。

当水合物陈化时，例如经过加热则失掉胶体特征和易于胶溶的才干，也丧失了易溶于有机酸、弱 酸、碱和钛盐溶液的才干。此刻，其组成也产生改动，接近于一水合物——TiO2·H2O 或许 TiO(OH)2。

因为钛的氢氧化物具有两性的特征，且偏酸性，故可把它们看成是钛酸，Ti(OH)4 便是正钛酸或

α钛酸 H4TiO4;TiO(OH)2 便是偏钛酸或β钛酸 H2TiO3。经 x 射线剖析标明，正钛酸是无定型化合物， 而偏钛酸具有不太明显的晶体结构，它与锐钛型二氧化钛的晶体结构彻底相同。据此能够以为钛酸 实质上是高涣散和活性状况的二氧化钛，它牢固地吸附着必定数量的水。

假如将钛液加热使其保持欢娱也会产生水解反响，生成白色偏钛酸堆积。这是硫酸法钛白出产， 在工业上制取偏钛酸的仅有方法。

水解生成的偏钛酸具有无定型结构或许不明显的锐钛型微晶体结构，其直径为 3～10 微米，它们按必定的方向(20～30)配位成为胶粒。胶粒在硫酸盐离子的作用下加速凝聚，构成凝集体(偏钛酸) 而沉分出来。它选择着二氧化钛粒子的巨细。凝集体的巨细为 0.4～2.0 微米(基本上为 0.55～0.75 微米)，它的比表面积约为 60～70m2/克。因为比表面积很大，所以能够吸附恰当数量的水和硫酸根离子。每克分子偏钛酸约吸附 0.1 克分子 SO4 ，所以 H2TiO3 的组成近乎是 10 H2TiO3SO3。也有些报导　以为凝集体的巨细仅 0.6～0.7 微米，这些颗粒是由大约 1000 个 60～75 毫微米的小微粒胶凝而成， 每个微粒约含有 20 个 20A°的微晶体，这是加到溶液中去的晶种。

水解进程中，不只产生粒子凝聚成为偏钛酸堆积而分出，而且从前分出的堆积会从头溶解，然 后又以组成改动了的固相形状分出。偏钛酸的详细结构比较复杂，而且因水解条件的不同而各有所 异。咱们能够 TiO2·xSO3·yH2O 来标明，式中 x 和 y 都是不固定的。因而工业上的水解产品的正确 名称应是水合二氧化钛而不是偏钛酸，但为简洁通俗，今后仍称偏钛酸。

水解在三氧化钛出产中极为重要，水解的条件选择着微晶体、胶粒和粒子的巨细，归根到底也 便是选择着究竟产品的质量。

以上便是一般所说的钛液的热水解进程。此反响是在较高的酸度下进行的，而且跟着反响的进 行，偏钛酸的分出，使结合着的酸游离出来，添加了游离酸的浓度。因为其他金属盐类只能在很低 的酸度下才干产生水解而残留在母液中(俗称废酸)，因而分出的偏钛酸应是“纯净”的。但是，在 实践出产时，偏钛酸总会含有杂质，这是因为它具有很大的比表面积而吸附杂质，而且它是胶粒的 凝集体，在凝析聚沉时会夹着杂质一起沉析。

B、钛液热水解进程的过程

根据研讨结果标明，水解进程大致能够分为以下三个阶段。

a. 第一阶段----晶核的构成

水解的第一步，是从彻底弄清的溶液平分出第一批极为细微的结晶中心，称为晶核。不同的水 解条件，得到的是不同数量和具有不同组成的晶核。晶核的数量与组成选择了水解堆积物的组成， 也选择了究竟制品的性质。因而水解是二氧化钛出产中最首要的一环，而构成结晶中心是水解进程 中最重要的一环。

在实践出产中，生成晶核有二种方法，一种是在本来溶液中培养晶核，即所谓自生晶种;另一 种是别的制作晶核，然后把它引人弄清的溶液中去，即所谓外加晶种。

b. 第二阶段----晶核的成长与堆积的构成

当晶核构成后，假如使水解作用持续进行，则根据结晶原理，在晶核表面便产生钛的固析。这就促进晶核逐步累积长大，当抵达恰当巨细时便成为堆积而沉分出来。

c. 第三阶段----熟化

堆积物的组成以及溶液组成，跟着水解作用的发展而改动当堆积物开始分出后，水解作用仍以 较大的速度在进行，晶体持续成长。在这阶段里，溶液的成分跟着堆积而不断改动。TiO2 的含量逐 渐下降，而游离酸浓度不断行进。这个改动直接影响了堆积物的组成，能使堆积的粒子部分溶解， 然后又从头分出新组成的堆积，也可能是固体堆积物的直接转化。这个进程不断持续直到水解彻底， 溶液中只剩下极少数的钛及较浓的硫酸，此刻堆积物的组成才究竟固定下来。

钛液中三价钛离子的水解 pH 值接近于3，而且不具有胶体特征，所以在热水解进程中它不产生 水解反响，不产生堆积。在热水解完毕后仍留在母液中。但因为搅拌及欢娱的影响，会有部分被空 气氧化而成为硫酸氧钛。

2Ti2(SO4)3+O2+2H2O=4TiOSO4+2H2SO4

水解后母液中应坚持 Ti+3 含量在 0.5 克/升左右。

C、水解的方法和操作

在工业出产上有三种水解方法：外加晶种加压法水解;外加晶种常压法水解;自生晶种稀释法 水解。这里首要介绍第三种方法的水解操作。

自生晶种加压法水解的操作进程如下：首先在水解锅里注入必定量的沸水然后在搅拌下预热至 90-98℃含二氧化钛 250 克/升左右的浓钛液于 16-18 分钟内参与水解罐中，操控钛液与沸水的体积 比为 4:1。用直接蒸汽加热到欢娱进行水解。开始时钛液因为稀释生成堆积，但在持续注入浓钛液 时因为酸度行从而从头溶解，构成具有必定性质的晶核，这个进程大约在一分钟之内就能完毕，加 完钛液后，在必定的时刻内将钛液升温至欢娱，使之水解。当溶液抵达必定的比色标准后，即标明 水解的诱导期完毕，此刻水解反响活络进行，为得到出色的偏钛酸粒度，这时停一段时刻搅拌 和蒸汽加热。在停搅搅拌蒸汽的进程中，水解反响活络进行，溶液由兰灰色变为黄褐色，然后再开 启搅搅拌蒸汽加热，使溶液升温至欢娱，欢娱必定的时刻今后，再缓慢的参与必定量的稀释水调度 总钛浓度为 160-170 克/升持续水解，加完稀释水还应坚持浆料欢娱直到水解彻底。在水解的进程中 一向要坚持浆料欢娱。在水解进程中搅拌速度操控在大约 10 转/分。总水解时刻为 5.5hr 左右。

自生晶种稀释法水解流程简略，不需另设制作晶种的设备，但在晶种制备进程中操控比较困难， 晶种的好坏直接影响水解产品的好坏，究竟选择制品的粒度及白度等重要方针，故水解操作时有必要 精密，各方针有必要严格操控。