钛白粉生产工艺（钛白粉生产工艺流程）

、氯化法是硫酸法的技术进步。可连续自动操作，效率高，产品质量好。氯化法的工艺流程比硫酸法短得多，主要包括四氯化钛的制备、四氯化钛的氧化和二氧化钛的表面处理三个部分。

氯化法是硫酸法的技术进步。可连续自动操作，效率高，产品质量好，直接排放的“三废”比硫酸法少很多。这是其取代硫酸法的基础。原因。然而，氯化工艺的“三废”主要取决于其原料。大多数氯化法工厂使用的原料是TiO2含量在95%以上的天然金红石或TiO2含量在90%左右的人造金红石和钛渣。只有美国杜邦公司的氯化工艺采用TiO2含量为60%84%的混合矿。当然，该工艺的“三废”排放量高于使用天然金红石、人造金红石或钛渣的工艺。氯化法一般只能生产金红石型。

氯化法的工艺流程比硫酸法短得多，主要包括四氯化钛的制备、四氯化钛的氧化和二氧化钛的表面处理三部分。

1、四氯化钛的制备与精制

氯化法对原料的要求比硫酸法严格得多。要求使用TiO2含量在90%以上的钛矿石。目前常用的有天然金红石矿、人造金红石和高钛渣。氯化法比硫酸法对矿粉的细度和湿度要求更严格，因为较重的钛矿和较轻的石油焦或焦炭在沸腾氯化时必须顺利流态化。粉末细度的均匀性非常重要。另外，高湿度和高含水量在氯化过程中会产生氯化氢和氯氧化钛。前者会腐蚀设备，后者会堵塞管道和阀门。

二氧化钛的氯化反应是可逆吸热反应，必须在还原剂存在下进行。否则，即使在高达1800的温度下也不能发生氯化。反应式如下：

TiO2+C+Cl2TiCl4+CO(CO2)

从上式可以看出，反应的副产物不仅是CO，还有CO2。一般反应温度在700以上，主要生成CO。反应温度低于700，主要生成CO2。因此，测量炉气。炉内的CO/CO2比值可以帮助您了解炉内的氯化状况。

过去老式的固定床氯化法现已被沸腾炉所取代。固定床需要将金红石矿和石油焦预先按一定比例捏合（钛渣：石油焦：沥青=7:2:1）形成团块进行焦化，不利于连续化、自动化操作。大型沸腾氯化炉，直径2~6m，内衬耐火砖。干燥的金红石矿（或钛渣）首先在氯化炉内用空气流化并加热至650左右，然后加入干燥的焦炭。碳或石油焦（金红石：石油焦=78:22），当温度升至900时，用气化氯代替空气进入沸腾炉，然后金红石矿石（或钛渣）和焦炭（或石油焦） ）按一定比例混合后依次加入，同时保持沸腾床一定的高度，使氯化反应以一定的速率进行（氯气的气速一般为0.1~0.15m/s）。氯化反应一般维持在950~1000。正常生产时，使用回收氯，不足部分用新鲜氯补充。如果反应温度超过1000，矿粉可能与反应的氯化物杂质烧结并导致死床。此时可通入干燥氮气进行冷却。

二氧化钛氯化的同时，矿石中的杂质也参与氯化反应，生成FeCl3、SiCl4、AlCl3、VOCl3、MnCl2、NbCl5、SnCl2、MgCl2等。反应气体出来后冷却至200左右，大部分其他杂质氯化物凝结在炉灰上并沉淀下来。将气体过滤，进一步冷凝至-12左右，尽可能回收四氯化钛（一般采用冷四氯化钛喷淋）。不凝性气体主要为CO、CO2、H2、余氯和微量四氯化钛，经气体处理装置用碱溶液吸收后排放。这种粗四氯化钛是一种红棕色浑浊液体，在氯化前通过蒸馏精制而成。

由于卤化物更容易分级和提纯，因此氯化法生产的二氧化钛纯度高于硫酸法，这是其主要优点之一。 TiCl4的沸点为136。大多数氯化物的沸点与其有一定距离。沸点较高的主要有FeCl3、AlCl3等，沸点较低的有SiCl4等。只有氯化钒的沸点与氯化钒相同。这是相似的。工业生产中，可以采用传统的铜丝塔通过蒸馏的方法脱除钒，也可以用不饱和矿物油处理成不挥发物后进行蒸馏，得到钒含量（以V2O5计）10-6级的高纯度。四氯化钛液体无色透明，沸点136，凝固点-24，相对密度（20）1.726。

四氯化钛遇水立即发生强烈放热反应，产生大量白色HCl烟雾，会污染环境，灼伤皮肤，刺激粘膜，损伤呼吸组织，腐蚀设备。因此，所有设备必须严格密封，严禁泄漏。四氯化钛遇水的反应式如下：

TiCl4+H2OTiOCl2+2HCl+Cl

2、四氯化钛的氧化

氧化是氯化过程的核心。四氯化钛的氧化是气相反应。反应温度高达约14001500。 TiCl4生成TiO2的反应时间只有几毫秒。它不像硫酸法从H2TiO3生成TiO2，需要10次以上的煅烧。时，其化学反应式如下：

TiCl4(气体)+O2(气体)TiO2[金红石(固体)]+2Cl2(气体)

氧化前将精制的TiCl4液体在150~200下加热气化，并逐步或一步预热至900~1000。氧气也必须预热到这个温度。两者按一定比例同时喷入氧化剂中。氧化过程中的另一个关键技术问题是如何添加AlCl3。 AlCl3 是金红石二氧化钛的成核剂（也称为晶种）和促进剂。如果不添加AlCl3，反应会产生较粗的TiO2颗粒（0.6~0.8m）。添加一定量的AlCl3（0.9%~1.5%）后，生成的TiO2颗粒更细（0.15~0.35m）。有：种添加方法。一是预先将AlCl3溶解在TiCl4中，与TiCl4一起蒸发气化；另一种方法是在高温下将氯气通入熔融金属铝箔或铝粉中，生成的AlCl3蒸气和TiCl4蒸气混合进入氧化剂。

由于反应生成的TiO2是在几毫秒（0.05~0.1s）内产生的，为了防止TiO2晶体在高温下快速生长并相互结合而造成结疤，必须将初生的TiO2晶体冷却下来迅速并加热到极高的温度。流量通过冷却夹套，用低温循环氯气在数秒内从1400~1500冷却至600左右。这个过程也很难控制。然后二氧化钛等反应物经旋风分离器进一步冷却后进入高温袋式除尘器收集二氧化钛。氯含量约为70%~80%，可返回氯化工序使用。

为防止冷却夹套内二氧化钛沉积粘附在管壁上，降低传热效果，可在管内引入煅烧TiO2或石英砂进行清洗。然而，煅烧后的TiO2颗粒又粗又硬，混入产品中很难去除。美国专利USP5266108中推荐。使用压机或压辊将二氧化钛粉末压成致密的二氧化钛颗粒。使用这种钛白粉（用量0.5%~15%）进行清洗，可以很容易地重新破碎成普通颜料级钛白粉的粒径，而不影响后处理过程。

由于四氯化钛在氧气中燃烧所释放的热量不足以使炉内物料升至氧化所需的温度，因此需要提供辅助热源来帮助升高温度。可以采用燃烧一氧化碳、甲苯（或二甲苯）和等离子炬、激光，但等离子法能耗太高，所以一般采用一氧化碳或甲苯。甲苯燃烧时会生成一些水分子，这些水分子可以成为新的TiO2晶体的晶核，达到一石二鸟的效果。辅助加热有内加热和外加热两种方式：内加热需要将燃烧气体掺入反应物气流中，这会降低氯气浓度，增加氯气回收的难度；外部加热会对炉壁造成损坏。由于过热和疤痕，这种疾病变得更加严重。

氧化反应器是氯化法的关键设备。有两种类型：立式和卧式。该技术复杂、难度大。首先，四氯化钛在高温下具有很强的腐蚀性。在1000以上的温度下，对所有材料的强度、耐温、耐腐蚀等要求都非常严格。 （在国外通常采用昂贵的Inconcl 600型镍基合金）；其次，TiCl4、O2、AlCl3不仅要混合均匀，而且混合和注入速度要非常快。国外资料介绍为150~200m/s。这样的高速混合工艺和设备难度很大；并且必须在几毫秒内完成。通过控制反应物的停留时间来调节TiO2的粒径是非常困难的；另外，氧化系统必须在严格的正压下运行。整个氯化-氧化生产过程是一个闭路联动循环。生产环节紧密相连、相互制约。有一个地方出了问题，就会影响大局。一条15kt/a氯化生产线，以每年300个工作日、二氧化钛2t/h计算，氧化反应器每小时消耗四氯化钛5t、氧气60m3、三氯化铝0.1t、尾氯3.5t（浓度80%以上）。

为了防止氧化器喷嘴和反应器内壁结疤，各厂家研究了很多方法，包括喷砂（盐）法、多孔反应器壁法、机械刮刀法、惰性气体保护法等。实际生产中，似乎喷砂的方法有很多种。下图是四氯化钛氧化剂的示意图。

3、钛白粉的表面处理

氯化金红石型钛白粉也需要进行表面处理。虽然有气相干式表面处理的报道，但在实际生产中尚未采用。在工业上，湿法表面处理仍是主要方法。其处理方法、处理剂及工艺与硫酸法相同，但不同的是氯化法钛白粉颜料表面吸附有少量余氯，表面处理前必须除去。可以执行。利用热空气或含有0.1%硼酸的蒸汽，再利用含有空气的蒸汽即可达到脱氯的目的。您也可以用水清洗来去除氯。