硫酸法钛白煅烧工艺及影响因素

硫酸法钛白煅烧工艺及影响因素

周丽

南京钛白化工有限责任公司 江苏南京 210000

【摘要】钛白粉的本质是一种无机化工颜料，在我们平时的工业生产活动中经常会用到。通常我们都会采用硫酸法来生产钛白粉，但是，在利用硫酸法进行钛白粉生产的过程中，对于各种变量的控制要求比较高，因为煅烧过程直接影响了成品的质量，所以现在许多企业都着力于钛白粉生产煅烧过程的研究。在下文，我们将详细钛白生产煅烧的原理和过程，并且对成品质量的影响因素进行了分析和探究。

【关键词】钛白废酸；硫酸法；浓缩新工艺；方向

国外钛白煅烧技术比我国要早很多，而且技术比较纯熟，虽然我国硫酸法钛白粉处理工艺起步晚，但是这些年也一直在进行相关研究并且有了较大的进步。

一、钛白生产煅烧目的和原理及工艺

1、煅烧目的

煅烧目的：通过高温，使偏钛酸脱水、脱硫，促进晶型转化和粒子成长，形成具有一定晶型和颜料性能的二氧化钛。

2、煅烧原理

通常情况下，工业生产要利用窖内逆流升温的原理来回转窑煅烧：①在偏钛酸经过脱水反应后再入窖，物料会因为旋转和摩擦而缓慢地向前运动。②煤气、助燃风、二次风等与燃煤形成的高温废气与偏钛酸逆流而行，不断提高原物料温度，并产生相应的温度梯度，从而完成了煅烧过程。

3、工艺过程

(1)脱水、脱硫

煅烧过程中的偏钛酸会大量吸热，从而发生化学反应：

TiO₂.xSO₃.yH₂O → TiO₂+xSO₃↑+yH₂O ↑脱水过程在温度150℃-300℃的范围内进行，脱硫工程在温度范围600℃-650℃之间进行。

(2)晶型转化

在进行煅烧的时候，偏钛酸会由无定形转变为锐钛型晶体。影响晶型转化的因素主要有以下几种：

①水解偏钛酸的粒子小，其比表面积大，有利于晶型转化；

②正催化剂很好的达到了降温效果并且缩短了转化时间；

③尽量减少阴离子的存在，因为它会对晶型转化造成干扰；

④窑内气氛也是影响晶型转化的因素之一；

(3)粒子成长

经过水解之后偏钛酸凝胶的粒度是非常小的，其中包含了微晶体。

①随着脱水、脱硫的进行，微晶体会逐步增长，最后变为颜料粒子。絮凝粒子也会慢慢增大，但是在某个转折点之后它的增长速度会越来越慢。二氧化钛颗粒大小是随着温度的升高而增大的。

②晶型转化和成长的规律并不是不会改变的，要根据实际生产情况来分析。

二、来料偏钛酸对煅烧的影响

1、盐处理剂加量

偏钛酸如果不进行盐处理，所得到的颗粒性质就达不到需要的效果。

添加碳酸钾：

添加碳酸钾能够营造合适的温度来促进产品消色力的提高和物料的脱硫，从而保持物料的中性，防止物料烧结。

添加磷酸：

添加适量的磷酸的目的是使产品白而柔软，增加产品的耐候性；

添加锑白：

添加锑白也主要是为了提升成品的亮度;

2、偏钛酸的粒径

偏钛酸粒径的大小对产品质量的影响包括：

①影响产品成色：偏钛酸粒子越小，脱硫越快，晶型转化和粒子成长的时间就会延长，在经过更加充分的化学反应之后，产品的成色更好，如果偏钛酸粒子粗则恰恰相反。

②影响产品消色力：钛白粉的散射力会直接影响产品的色消力有关，通常来说，颜料粒径要保持在0.2-0.35um 比较好。

4、偏钛酸含水量

偏钛酸中的含水量直接影响物料在干燥区中是否能够彻底脱水、脱硫。

①水分含量过高时：一般不能实现充分脱水、脱硫，最后颗粒会较大或者呈现团状，煅烧品中很容易夹带生料。

②水分含量过低时：则物料能够完全脱水、脱硫，但是物料在高温下易烧结，煅烧品颗粒会发硬，色泽不好。

5、偏钛酸中所含杂质离子

偏钛酸中的杂质离子的存在会影响钛白粉质量，酸解反应应该按标准进行，才能保证钛液的质量。

三、煅烧参数及控制

1、煅烧强度

煅烧强度当然也对煅烧产品的质量有一定的影响，所以在生产的过程中还要及时通过对煅烧时间和温度的把控来控制煅烧的强度。

(1)煅烧温度

①如果温度太高，颗粒的硬度会比较高、成色也不好，但是吸油量会升高；由于物料反射光和散射光的能力下降，消色力和遮盖力也会不足；②相反如果温度变低，又可能出现粒子也会变得松散的现象，成品白度也不在理想状态。

(2)煅烧时间

二氧化钛颜料粒子发生晶型转化和粒子成长一般是在煅烧后期，而该过程中的晶格重排都需要一定的煅烧强度来维持。

①在保证煅烧温度适宜的情况下，如果煅烧时间太短，就会导致物料受热不均匀，吸油量升高，从而降低消色力和遮盖力，从而影响颜料的综合性能；

②在煅烧温度较低的情况下，可以通过增加煅烧时间，来解决上面的问题，但是这样的话， 产量就会降低，而且可能出现粒子结块。

2、煅烧温度梯度

①窑头温度：在确定窖速的条件下，窖头温度是影响煅烧强度的重要因素，它会对产品的 消色力、遮盖力、晶型转化、粒子成长等产生较大的影响。。

窖头的温度越高，钛白粉晶型转化和粒子成长的速度就会越快，但是也需要控制好窖头的温度在合适的范围内，不能太高，从而避免出现物料过度的煅烧，出现结块，这样才能产生出高质量的钛白粉。

②晶型转化区：主要是指在一定的温度范围内，进行深层次的脱硫，并完成锐钛型晶型的初步转化的过程。

③窑尾温度：会对脱水、脱硫的时间造成一定的影响，所以要选择合适的温度区间进行。当然窖尾温度还会影响后期物料的煅烧强度状况。

窑尾温度高：那么窑内的气氛适宜，废气容易排出，从而能够更好的完成脱水、脱硫的过程。但是一定要注意不能过度通风，这样会使生产成本增加。

窑尾温度低：会造成物料脱水、脱硫不充分，而且延长了这部分反应的时间，最后会导致物料煅烧时间缩短，煅烧不充分，出现夹生的现象。

3、煅烧气氛

我们都知道，要在满足了氧化气氛的条件下才能对二氧化钛进行煅烧，如果煅烧时没有很好的满足的氧化气氛条件，会造成晶格缺氧，出现晶格存在缺陷的问题，那么产品的耐候性就达不到理想程度，而且产品的白度也不高。

氧化气氛：氧化气氛在特定条件下是与窖内负压成正比的。在窑内负压较高的情况下，窑内的氧化气氛也会较好，这就非常有利于废气的排出，但是要注意的是，并不是窖内负压越高越好，还是要根据产生的实际需要进行控制。

还原气氛：如果煤气燃烧不充分，窑内出现还原性气体(如CO)，那 TiO₂将被还原为 Ti₂O₃

2TiO₂+CO== Ti₂O₃+ CO₂

Ti₂O₃的出现会使钛白粉色泽变暗，那么 TiO₂晶格上就会有所不足。还有要考虑偏钛酸中含有还原性的三价钛较多的情况。

根据上述分析，在煅烧的过程中，我们一定要保证燃料燃烧充分，而且要满足窑内的氧化气氛条件，这样才能有效防止产生 CO 等还原性物质，从而保证煅烧过程的顺利完成，提高产品的质量。

4、物料在转窑内的停留时间

物料在窑内停留时间的长短是非常关键的，我们可通过公式来计算：

T=0.308L(θ+24)/D•n•i

T ：表示物料在转窑的停留时间

L ：表示转窑窑体长度

θ：表示偏钛酸在转窑中的自然休止角(通常取25-30)

D ：转窑的有效内径

n ：转窑转速(圈/分钟)

i%：转窑的倾斜度

由此可见，物料在窑内的停留时间取决于滑动的频率及速度。

5、窑内填充系数

若窑内物料填充系数过大，转化不充分，会存在夹生料，影响成品质量。若窑内物料填充系数过小，会出现结块，影响色泽和柔软度。

结束语：

综上所述，本次课题我们详细的叙述了煅烧原理和过程，并且研究和分析了各种影响钛白粉质量的控制因素，对于如何更好的改善煅烧获得的产品质量提出了一些策略，以供后面相关问题研究参考。

参考文献：

[1] 陈湘涛. 硫酸法钛白煅烧工艺及影响因素[J]. 建筑工程技术与设计,2018(29):4070，3909.

[2] 王方,郝静静. 硫酸法生产钛白粉煅烧工艺解析[J]. 商情,2014,0(51):122.

[3] 东华工程科技股份有限公司. 一种硫酸法钛白粉煅烧系统及其工艺方法:CN202110306290.2[P]. 2021-07-02.