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云母珠光顏料的重要組成部分---二氧化鈦

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云母珠光顏料的重要組成部分---二氧化鈦

發布日期:2019-01-22 作者:興盛 點擊:

興盛珠光粉是由云母包覆二氧化鈦組成,二氧化鈦包覆程度與云母粒徑的不同可得到不同效果的珠光顏料。今天我們來探討二氧化鈦的奧秘。

   二氧化鈦,TiO?,以金紅石型、銳鈦礦型和板鈦礦型存在于自然界中。金紅石型、銳鈦礦型的二氧化鈦在工業上大量生產,并且用作顏料、催化劑和生產陶瓷材料。興盛珠光顏料分為金紅石型和銳鈦型。

   由于二氧化鈦的光散射性質(它優于所有其他的白色顏料),化學穩定性和沒有毒性,使他成為重要的白色顏料。從數量和價值上來講,二氧化鈦是最重要的顏料。二氧化鈦是興盛珠光顏料的重要組成部分。

一.性質

1.物理性質

在三種TiO?變體中,金紅石型是熱力學上最穩定的一種。然而,其他的幾種形態晶格相似,因此可以在很長的時間內處于穩定狀態。超出700,銳鈦礦型迅速單向轉化為金紅石型,板鈦礦型很難生產,因此在TiO?顏料工業上沒什么價值。興盛珠光粉性能穩定,色彩多樣。

2.化學性質

二氧化鈦是帶有弱酸和堿性的兩性化合物。相應的堿金屬鈦酸酯和游離鈦酸在水里是不穩定的,水解是產生無定形的氧化鈦氫氧化物。

二氧化鈦的化學性質非常穩定,不受大多數有機和無機溶劑的侵蝕。它溶解在濃硫酸和氫氟酸中,并其為熔融的堿性和酸性物質所侵蝕和溶解。興盛珠光粉化學性質非常穩定。

3.原材料

生產TiO?的原材料包括天然的產物,如鈦鐵礦,白鈦石和金紅石,以及若干非常重要的合成材料,如鈦渣和合成金紅石。最重要的含鈦原料生產的TiO?數據如表

 含鈦原料的生產數據(2000年)

產品

工藝

噸/年

鈦鐵礦

鈦鐵礦和白鈦石

金紅石

硫酸法

氯化法

氯化法

1000000

640000

300000

合成金紅石

鈦渣

鈦渣

富集鈦渣

氯化法

硫酸法

氯化法

氯化法

821000

738000

832000

143000

原料總量


4474000

2000年,鈦鐵原材料生產的總量已經增長到大約450萬噸。澳大利亞是世界最大的生產國,其次是南非、挪威和加拿大。興盛珠光粉代替泰珠珠光粉,默克珠光粉

4.天然原材料

鈦是地殼中蘊藏量第九大的元素,他總是和氧結合在一起。最重要的鈦礦,見下表

鈦礦

礦物

化學式

TiO?含量(質量分數)/%

金紅石

銳鈦礦

板鈦礦

鈦鐵礦

白鈦石

鈣鈦礦

白鈦礦

鈦磁鐵礦

TiO?

TiO?

TiO?

FeTiO?

FeTiO?.TiO?

CaTiO?

CaTiSiO?

Fe(TiO?)Fe2O?

92-98

90-95

90-100

35-50

60-90

40-60

30-42

2-20

在天然的鈦礦中,只有鈦鐵礦、白鈦石和金紅石具有經濟上的重要意義。白鈦石是鈦鐵礦的一個風化的產品。

世界上最大的鈦儲藏量是以銳鈦礦和鈦磁鐵礦的形式存在的,但是這些鈦礦目前不能經濟地加工利用。大約95%世界產量的鈦鐵礦和金紅石用于生產TiO?顏料,其余的用于制造金屬鈦和電焊條。興盛珠光粉色彩多樣。

鈦鐵礦和白鈦石

    世界上鈦鐵礦存在于原生的塊狀礦床,或次生的、含重礦的沖擊礦床(砂礦)中,在塊狀礦里,鈦鐵礦通常和中性侵入巖共生(挪威的Tellnes和加拿大的Allard湖)。從這些塊狀礦石中獲得的精礦。往往含有高的鐵含量,它在鈦鐵礦里離析的赤鐵礦或磁鐵礦的形態。這些鐵礦的存在,使得精礦中的TiO?的含量減少,見下表,由于他們的高鐵含量,直接利用這些鈦鐵礦在減少。興盛珠光粉產品齊全,色彩鮮艷。

 

鈦鐵礦的組成(質量分數%)

組成

Tellnes挪威

Richard’s Bay

(南非共和國)

Capel

(西澳大利亞)

Qunilia

(印度)

TiO?

Fe2O?

FeO

Al2O2

SiO?

Mn0

CaO?

V2O2

MgO

43.8

14.0

24.4

0.6

0.2

0.3

未檢出

0.3

3.7

46.5

11.4

34.2

1.3

1.6

未檢出

0.1

0.3

0.9

54.8

15.0

23.8

1.0

0.8

1.5

0.1

0.2

0.15

50.3

24.3

9.7

1.0

1.1

0.1

0.1

0.2

0.9

   

 在現有或古老的海岸線海灘沙中富集的鈦鐵礦,對TiO?的生產是很重要的。沖浪水流和風化的作用,是鈦鐵礦和其他重礦物,如金紅石、皓石、獨居石和其他的硅酸鹽,在沙丘或海灘上濃縮。此濃縮過程經常導致礦物呈現層狀結構。經過地質年代的變遷,海水和空氣的侵襲使得鈦鐵礦腐蝕。鐵從鈦鐵礦晶格中被 除去,使得留下來的材料中TiO?富集起來。TiO?的含量在65%以下,晶格都是穩定的,但是進一步除鐵,會生成普通顯微鏡下看不見的礦物的混合物,其中可能包括鈦礦、金紅石和無定形的形態。TiO?的含量高到90%的混合物為白鈦石。白鈦石存在于被侵蝕的鈦鐵礦和若干礦床中,它被單獨利用和加工。然而,他的生產量要比鈦鐵礦小。

一般來說,來自除鐵的鈦鐵礦礦沙的精礦,TiO?含量要比從塊狀礦石中獲得的精礦高。在這些鏡框里的其他元素包括鎂,錳和釩(出現在鈦鐵礦里)以及鋁、鈣和由于礦物侵入作用而帶來的硅。

已知的鈦鐵礦多于70%大約為3.5億噸,在澳大利亞、南非、挪威、加拿大和印度被有效利用。以現在的生產能力基數,這些國家可以提供全部需求來量約150年。最大產量的國家是澳大利亞(砂礦),加拿大(塊狀礦石),南非共和國(砂礦),其他的生產國家有美國(砂礦 福羅里達),印度(砂礦 Quilon),前蘇聯(砂礦,塊狀礦石),斯里蘭卡(砂礦),巴西(rutilo eilmenta do Brnsil)。2000年鈦鐵礦生產大約折合TiO?160萬噸)。興盛珠光粉代替泰珠珠光粉,默克珠光粉。

金紅石

    金紅石主要是由高鈣含量的巖漿結晶,或含鈦沉積物或巖漿巖的變質作用而形成的。對于工業用途來說,在原生的巖石中,金紅石的濃縮太低了,因此只有金紅石與皓石共生的砂礦或鈦鐵礦以及其他重礦才被視為儲藏量。世界金紅石的儲藏量估計為4500萬噸。興盛珠光顏料分為金紅石型和銳鈦型。

以鈦鐵為例,最大的生產國是澳大利亞、南非共和國、塞拉里昂,天然的金紅石不能滿足需求量,因此逐漸地被合成的品種所取代。2000年世界金紅石的產量大約為39萬噸(以TiO?計)。若千金紅石精礦的組成見下表:

金紅石精礦的組成

金紅石精

礦的組成

含量(質量分數)/%

東澳大利亞

塞拉里昂

南非共和國

TiO?

Fe3O3

Cr2O2

MnO

Nb2O3

V2O2

ZrO2

Al2O2

CaO

P2O3

SiO2

96.00

0.70

0.27

0.02

0.45

0.50

0.50

0.15

0.02

0.02

1.00

95.70

0.90

0.23

未檢出

0.21

1.00

0.67

0.20

未檢出

0.04

0.70

95.40

0.70

0.10

未檢出

0.32

0.65

0.46

0.65

0.05

0.02

1.75

    

5.合成原材料

   隨著高TiO?含量的增加,導致了開發合成TiO?原料。在所有的生產過程中,都要從鈦鐵礦或鈦磁鐵礦中出去鐵。粵太珠光顏料耐酸,耐堿,耐高溫達800度,本身不自燃,不助燃,不導電,耐高弧,對光的穩定性相當好,不溶于水,對人體無害。

鈦渣   

      從鈦鐵礦中除去鐵的冶金工藝過程,是建立在生成鈦渣的基礎上的。為此在1200-1600℃的電弧爐里,用無煙煤或焦煤把其中的鐵還原為金屬,然后分離之。于是無鈦的生鐵與含70%-85%的TiO?(取決于所用的礦石)的鈦渣同時生成。因為此鈦渣中Ti3+的含量高,而含碳量低,因此可以用硫酸酸解。加拿大魁北克鐵鈦公司(QIT)、南非共和國Riehard’s Bay礦產品公司(RBM)生產這種原料,生產規模較小的有Tinfos Titan and Iron K.S.(Tyssedal,挪威)。2000年鈦渣總計生產量折合成TiO?為170萬噸,其中70萬噸用于硫酸法加工,100萬噸用于氯化法加工。

合成金紅石
    與鈦鐵礦相反,只有少數金紅石礦床具有開發經濟價值,因此天然金紅石朵唯價格很高。為此,研究開發了許多不通的工藝方法,以便去除鈦鐵礦精礦中的鐵,與此同時卻不改變礦物的顆粒大小,因為這更適合于隨之進行的流化床氯化氫工藝。往往預活化氧化鐵礦后,所有工業化工藝都用貪或氫還原Fe3+,或者是生成金屬鐵。

帶有活化Fe2+的鈦鐵礦,可用鹽酸或稀硫酸處理,并且得到TiO?含量為85%-96%的“合成金紅石”,濃縮含二價鐵鹽的溶液,然后熱分解為氧化鐵和鹽酸,在酸解工藝中重復使此鹽酸。

結語

隨著珠光顏料的發展,粵太珠光顏料的應用越來越被人們所認識,可用于汽車,摩托車,自行車涂料,粉末涂料,建筑涂料,珠光油墨,珠光皮革,珠光塑料制品,珠光化妝品,還可以用于造紙,印染,印花塑膠,陶瓷等行業。而二氧化鈦是興盛珠光顏料的重要組成部分,因此,二氧化鈦的發現及應用是粵太珠光顏料發展至今的重要原因。


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