關(guān)于二氧化鈦的調(diào)研報(bào)告

有關(guān)二氧化鈦的調(diào)研報(bào)告班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：完畢時(shí)間：摘要：本文重要介紹二氧化鈦的物理化學(xué)性質(zhì)、構(gòu)造及其多個(gè)性能、市場(chǎng)狀況、制備辦法及生產(chǎn)工藝流程和各方面的應(yīng)用并對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中用的硫酸法和氯化法進(jìn)行具體介紹。核心詞二氧化鈦；白色涂料；硫酸法；氯化法0前言二氧化鈦（化學(xué)式：TiO2），白色固體或粉末狀的兩性氧化物，分子量：79.87，是一種白色無(wú)機(jī)顏料，含有無(wú)毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，被認(rèn)為是現(xiàn)在世界上性能最佳的一種白色顏料，廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、造紙、印刷油墨、化纖、橡膠、化妝品等工業(yè)；它的熔點(diǎn)很高，也被用來(lái)制造耐火玻璃，釉料，琺瑯、陶土、耐高溫的實(shí)驗(yàn)器皿等。1市場(chǎng)分析98年以來(lái)，在房地產(chǎn)和汽車快速發(fā)展的帶動(dòng)下，國(guó)內(nèi)鈦白粉產(chǎn)能和產(chǎn)量的擴(kuò)張十分迅猛，復(fù)合增速靠近20%。從產(chǎn)能的增加來(lái)看，1998-間在需求的帶動(dòng)下，隨著國(guó)內(nèi)硫酸法工藝的完善，新建產(chǎn)能不停增加，在短短7年之內(nèi)，國(guó)內(nèi)鈦白粉產(chǎn)能由局限性20萬(wàn)噸增加到超出100萬(wàn)噸。和由于需求向好，產(chǎn)能擴(kuò)張更為激進(jìn)，單年均新增50萬(wàn)噸產(chǎn)能，開(kāi)始放緩，產(chǎn)能僅增加7萬(wàn)噸，同期出口量大增，直接造成的鈦白粉暴發(fā)行情。-產(chǎn)能增速分別為3%和4%，較之前近30%的增速已大大減少。圖11998—二氧化鈦產(chǎn)量及增加速度圖表1：鈦白粉表觀消費(fèi)量計(jì)算單位：萬(wàn)噸產(chǎn)能產(chǎn)量進(jìn)口量出口量表觀消費(fèi)量3102052041184表2：中國(guó)鈦白粉-表觀消費(fèi)量統(tǒng)計(jì)單位：萬(wàn)噸年份鈦白粉產(chǎn)能鈦白粉產(chǎn)量鈦白粉表觀消費(fèi)量涂料對(duì)鈦白粉需求量114869151.8712899113.859.71398096.963.8150104.7114.775.5198.6147.2148.496.6262181.2164101.68285189172104.92310205184109.6事實(shí)上進(jìn)入以來(lái)，中國(guó)鈦白粉產(chǎn)能增速已經(jīng)開(kāi)始明顯回落，據(jù)卓創(chuàng)資訊集團(tuán)統(tǒng)計(jì)：中國(guó)鈦白粉新增產(chǎn)能局限性30萬(wàn)噸，然而由于部分前期投資建設(shè)項(xiàng)目將會(huì)在-陸續(xù)投產(chǎn)，因此鈦白粉產(chǎn)能過(guò)剩之憂仍會(huì)延續(xù)，同時(shí)由于鈦白粉陷入虧損邊沿，因此產(chǎn)能運(yùn)用率也將會(huì)繼續(xù)下降。圖2中國(guó)鈦白粉下游消費(fèi)構(gòu)造圖在鈦白粉產(chǎn)能快速擴(kuò)張的背景下，對(duì)應(yīng)下游需求卻未能開(kāi)拓出新的應(yīng)用領(lǐng)域，由圖2可見(jiàn)，中國(guó)鈦白粉重要下游消費(fèi)構(gòu)造占比狀況為：涂料、塑料和造紙，占比分別為60%、16%、10%，油墨、橡膠以及其它（含化妝品、化纖、電子、陶瓷、搪瓷、焊條、合金、玻璃等領(lǐng)域）占15%左右。現(xiàn)在的需求構(gòu)造在短期內(nèi)難以發(fā)生較大變化，涂料是當(dāng)之無(wú)愧的第一大應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)鈦白粉的行業(yè)走勢(shì)含有決定意義。另首先也能夠看出，鈦白粉需求應(yīng)用領(lǐng)域開(kāi)拓困難，即使近兩年脫硝鈦白粉受政策影響需求增加，但是對(duì)于普通鈦白粉而言并無(wú)直接影響，因此中國(guó)鈦白粉需求仍然依賴于涂料、塑料、造紙行業(yè)的開(kāi)工狀況。2性能介紹二氧化鈦重要有四種晶型:銳鈦礦(anatase，四方相)、金紅石(rutile，四方相)、板鈦礦(brookite，正交晶系)及介穩(wěn)的TiO2(B)相，尚有另外兩種以金紅石相為基礎(chǔ)的高壓相:二氧化鉛構(gòu)造和二氧化鐵(Hjhollanide構(gòu)造。常見(jiàn)的銳欽礦、金紅石、板鐵礦三種物相構(gòu)造均以(TiO26-)為單元構(gòu)筑。三種晶體構(gòu)造由于八面體的變形和相連八面體的組裝類型的變化而不同，金紅石中相鄰八面體通過(guò)邊相連，銳鐵礦則通過(guò)八面體的頂點(diǎn)相連而構(gòu)筑，而板鐵礦為兩種連接方式共存。銳鐵礦能夠看作一種四周體構(gòu)造，板鈦礦和金紅石則是晶格稍有畸變的八面體構(gòu)造。在慣用的白色顏料中，二氧化鈦的相對(duì)密度最小，同等質(zhì)量的白色顏料中，二氧化鈦的表面積最大，顏料體積最高。表3慣用白色顏料相對(duì)密度對(duì)照表顏料名稱相對(duì)密度/(g/cm3)顏料名稱相對(duì)密度/(g/cm3)銳鈦型二氧化鈦3.8~3.9硫酸鉛6.4~6.6金紅石型二氧化鈦4.2~4.3氧化鋅5.5~5.7板鈦型二氧化鈦4.12~4.23鋅鋇白4.2~4.3堿式碳酸鉛6.8~6.9硫化鋅4.0物理性質(zhì)：介電常數(shù)：由于二氧化鈦的介電常數(shù)較高，因此含有優(yōu)良的電學(xué)性能。在測(cè)定二氧化鈦的某些物理性質(zhì)時(shí)，要考慮二氧化鈦晶體的結(jié)晶方向。電導(dǎo)率：二氧化鈦含有半導(dǎo)體的性能，它的電導(dǎo)率隨溫度的上升而快速增加，并且對(duì)缺氧也非常敏感。熔點(diǎn)和沸點(diǎn)：由于銳鈦礦型和板鈦型二氧化鈦在高溫下都會(huì)轉(zhuǎn)變成金紅石型，因此板鈦型和銳鈦礦型二氧化鈦的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)事實(shí)上是不存在的。只有金紅石型二氧化鈦有熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，金紅石型二氧化鈦的熔點(diǎn)為1850℃、空氣中的熔點(diǎn)(1830±15)℃、富氧中的熔點(diǎn)1879℃，熔點(diǎn)與二氧化鈦的純度有關(guān)。金紅石型二氧化鈦的沸點(diǎn)為(3200吸濕性：二氧化鈦雖有親水性，但吸濕性不太強(qiáng)，金紅石型與銳鈦型相比較小。其表面積的大小有一定關(guān)系，表面積大，吸濕性高；也與表面解決及性質(zhì)有關(guān)。熱穩(wěn)定性：二氧化鈦屬于熱穩(wěn)定性好的物質(zhì)，普通用量為0.01%～0.12%?；瘜W(xué)性質(zhì)：與熔融的碳酸鋇生成偏鈦酸鋇（加入氯化鋇或碳酸鈉做助溶劑）：TiO2+BaCO3=BaTiO3+CO2↑不溶于水或者稀硫酸，但是能夠溶于熱濃硫酸或熔融的硫酸氫鉀：TiO2+H2SO4=TiOSO4+H2O二氧化鈦溶于熱濃硫酸所得溶液即使是酸性的，但加熱煮沸也能發(fā)生水解，得到不溶于酸、堿的水合二氧化鈦（β型鈦酸）。若加堿于新制備的鈦鹽酸性溶液，得到新鮮的水合二氧化鈦（α型鈦酸），其反映活性不不大于β型鈦酸，能夠溶于稀酸及濃堿。溶于濃氫氧化鈉溶液后，從溶液中能夠析出化學(xué)式為Na2TiO3·H2O的水合鈦酸鹽。二氧化鈦與炭粉壓制成團(tuán)并通過(guò)焦化，加熱到1070-1170K，能夠制取氣態(tài)的四氯化鈦。金紅石型在高能（較短波長(zhǎng)）吸取輻射能較銳鈦型大，換句話說(shuō)，對(duì)于金紅石型鈦白粉，在含有很強(qiáng)殺傷力的UV-波長(zhǎng)段內(nèi)（350-400nm），它對(duì)紫外線的反射率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于銳鈦型鈦白粉，在這種狀況下，它對(duì)周邊的成膜物、樹(shù)脂等身上所要分擔(dān)的紫外光線就要少得多，那么這些有機(jī)物的使用壽命就長(zhǎng)，這就是說(shuō)，為什么普通所說(shuō)的金紅石型鈦白粉的耐候性要比銳鈦礦型好之因素所在。表4各類型的TiO2性能對(duì)照表性能類型Ⅰ類型Ⅱ類型Ⅲ類型Ⅳ類型abTiO2%（最小）9793929182密度/(g/cm3)4.24.054.0543.7表面積/(m2/g)6.6-7.712.0-12.811.0-18.017.728.8吸油值/(g/100gTiO2)151915-192430含水/(g/100gTiO2)4030303555包覆%（鋁/硅）無(wú)3.53.64.913分散性高中檔中檔高低二氧化鈦是一種重要的白色顏料和瓷器釉料。用于油漆、油墨、塑料、橡膠、造紙、化纖、水彩顏料等行業(yè)。1克二氧化鈦能夠把450多平方厘米的面積涂得潔白。它比慣用的白顏料——鋅鋇白還要白5倍，因此是調(diào)制白油漆的最佳顏料。世界上用作顏料的二氧化鈦，一年多到幾十萬(wàn)噸。二氧化鈦能夠加在紙里，使紙變白并且不透明，效果比其它物質(zhì)大10倍，因此，現(xiàn)金紙和美術(shù)品用紙就要加二氧化鈦。為了使塑料的顏色變淺，使人造絲光澤柔和，有時(shí)也要添加二氧化鈦。在橡膠工業(yè)上，二氧化鈦還被用作為白色橡膠的填料。半導(dǎo)體二氧化鈦的光化學(xué)性能已使其可用于許多領(lǐng)域，如空氣、水和流體的凈化，以碳或其它雜原子摻雜的光催化劑也可用于含有散射光源的密封空間或區(qū)域，用于建筑、人行石板、混凝土墻或屋頂瓦上的涂料中時(shí)，它們能夠明顯增加對(duì)空氣中污染物如氮氧化物、芳烴和醛類的分解。另外還廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)防曬霜，無(wú)毒性，對(duì)人體無(wú)害。超細(xì)二氧化鈦含有優(yōu)秀紫外光屏蔽性和透明性。被廣泛用在化妝品、木器保護(hù)、食品包裝塑料、耐久性家用薄膜、人造纖維和天然纖維、透明涂料中。在金屬閃光涂料中的特殊光學(xué)效應(yīng)，使之在高級(jí)轎車漆中得到重視和應(yīng)用。二氧化鈦，作為光涂料顏料的催化劑，不僅是一種環(huán)境安全的清潔劑，并且能夠起到節(jié)省能量尚有保護(hù)環(huán)境資源的作用。早期日本和英國(guó)的科學(xué)家將二氧化鈦涂覆在都市公路的鋪路石表面，用以清洗路面空氣。二氧化鈦能夠與瀝青混合，減少空氣中的污染物。當(dāng)汽車通過(guò)時(shí)，含二氧化鈦的混凝土或?yàn)r青能夠凈化空氣，消除車輛排放物中25%到45%的氮氧化物。將二氧化鈦涂覆在混凝土面上，其清洗空氣的效果同樣明顯。由于二氧化鈦能夠有效反射太陽(yáng)光的直射，并且其性質(zhì)穩(wěn)定，含有良好的遮蓋能力，如若噴灑在平流層能夠長(zhǎng)久發(fā)揮作用。英國(guó)科學(xué)家提出，可運(yùn)用高空氣球?qū)⑦@一化學(xué)物質(zhì)帶入到平流層，然后進(jìn)行釋放，一旦二氧化鈦均勻分布在地球平流層之后，能夠有效反射太陽(yáng)光，從而為地球降溫。3生產(chǎn)工藝二氧化鈦的工業(yè)化生產(chǎn)辦法有兩種：硫酸法和氯化法。1）硫酸法用硫酸酸解含鈦礦物，得到硫酸氧鈦溶液，經(jīng)純化和水解得到偏鈦酸沉淀，再進(jìn)入轉(zhuǎn)窯焙燒產(chǎn)出二氧化鈦顏料產(chǎn)品，是非持續(xù)生產(chǎn)工藝，工藝流程復(fù)雜，需要20道左右的環(huán)節(jié)，排放廢棄物較多。晶型轉(zhuǎn)變需更多操作環(huán)節(jié)，采用的焚燒工藝需要消耗大量能源。硫酸法工藝重要涉及下列幾個(gè)環(huán)節(jié)：除雜：Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O，TiO2+2H2SO4=Ti(SO4)2+2H2O然后：Fe+Fe2(SO4)3=3Fe2SO4調(diào)PH至5-6，使Ti(SO4)2水解：Ti(SO4)2+3H2O=H2TiO3↓+2H2SO4過(guò)濾沉淀加熱得到TiO2：H2TiO3=TiO2+H2O↑2）氯化法氯化法是以鈦鐵礦、高鈦渣、人造金紅石或天然金紅石等與氯氣反映生成四氯化鈦，經(jīng)精餾提純，再進(jìn)行氣相氧化；速冷后，通過(guò)氣固分離得到二氧化鈦。由于沒(méi)有轉(zhuǎn)窯焙燒工藝形成的燒結(jié)，其二氧化鈦原級(jí)粒子易于解聚，因此在產(chǎn)品精制的過(guò)程較硫酸法大幅度節(jié)省能量。氯化法工藝重要涉及下列幾個(gè)環(huán)節(jié)：先用鹽酸除雜：Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O過(guò)濾洗滌然后加焦炭和氯氣：TiO2(粗)+C+2Cl2=TiCl4(氣)+CO2冷卻、收集TiCl4(液)小心水解：TiCl4+3H2O=H2TiO3+4HCl加熱提純得到精制二氧化鈦：H2TiO3=TiO2(精)+H2O↑微細(xì)二氧化鈦的制備工藝粉體的超微細(xì)加工普通有物理辦法和化學(xué)辦法兩大類。物理加工法是將粗粒子粉碎得到微粉體的辦法。即使現(xiàn)在粉碎技術(shù)已有改善，但粉碎過(guò)程很容易混入雜質(zhì)，很難制備1μm下列的超微粒子?；瘜W(xué)法是由離子、原子形核，然后再長(zhǎng)大，分兩步過(guò)程制備微粒子的辦法，這種辦法易得到粒徑1μm下列的超微粒子。微細(xì)二氧化鈦的制備重要涉及氣相法和液相法。氣相法是指直接運(yùn)用氣體或采用激光、電子束照射等辦法將原料變?yōu)闅怏w或離子體，使之在氣體狀態(tài)下發(fā)生化學(xué)或物理變化，然后再經(jīng)冷卻、凝結(jié)、長(zhǎng)大等過(guò)程制備微細(xì)顆粒的辦法，由于氣相法生產(chǎn)成本較高，普通用來(lái)生產(chǎn)納米二氧化鈦。液相法是指反映在溶液中，通過(guò)多個(gè)手段使溶質(zhì)形成大小一定的顆粒，再經(jīng)熱解決后得到二氧化鈦粉體。重要有下列幾類辦法：氣相法四氯化鈦氣相法鈦醇鹽氣相水解法鈦醇鹽氣相沉積法液相法液相沉淀法溶膠－凝膠法醇鹽水解法水熱法水解法微乳液法微波合成法參考文