在生产颜料级钛白粉时，原料钛液的性质和组成对水解产物的性质和组成及最终成品颜料的性能都有较大的影响，而且不同的水解方法，需要不同性质和组成的钛液。

　　一、钛液的稳定性

　　稳定性差的钛液中有许多肉眼无法察觉的不规则结晶中心，在放置时间过长或夏季、“黄梅”天季节容易析出这些不规则的胶体二氧化钛(早期水解)，这些不良结晶中心的数量、组成、粒径等都是无序的，而且吸附较多的杂质，它们的存在不仅使水解生成的水合二氧化钛粒子不均匀，延长过滤、洗涤的时间，而且在煅烧时脱硫困难，粒子容易烧结变硬，使煅烧产品的光学性质、颜料性能变差，最终成品的白度、消色力、分散性、吸油量等指标低劣。

　　由于稳定性差的钛液中的不稳定结晶中心都是锐钛型，在水解时都倾向于生成稳定的锐钛型晶格，使生产金红石型钛白粉时，金红石型的转化率低，因此一般生产颜料级钛白粉的水解用钛液的稳定性都不能低于500mL。

　　稳定性差的钛液不仅不能用来生产颜料级钛白粉，更不能用于制备晶种。对于稳定性不太好的钛液要设法提高它的浓度以后再使用，因为提高钛液的浓度，可以使溶液中的总离子浓度增加，正常的结晶中心也相应增加，结晶中心上的表面自由能变大，可以促使钛液水解时大部分产物在结晶中心上成长，以利提高水解产物的质量。遇到稳定性不太好的钛液，在制备晶种时要更加注意中和温度和中和速度。

　　二、钛液的澄清度

　　澄清度差的钛液说明其中的杂质含量高，这些杂质包括早期水解的胶体二氧化钛颗粒、控制过滤时未能分离干净的助滤剂(木炭粉、硅藻土等)和颗粒极细的泥渣。这些杂质中含有许多对钛白粉有害的重金属杂质硫酸盐和硫化物，它们的存在不仅会延长水洗时间，而且会降低钛白粉的纯度，使产品白度变差甚至会出观光色互变现象。杂质中的磷酸盐对产品的金红石型转化有抑制作用，因此生产金红石型钛白粉时，钛铁矿中的磷含量应<0.025%。

　　澄清度的好坏与稳定性有密切的关系，稳定性不好的钛液含有早期水解析出的胶体二氧化钛颗粒，使钛液粘度增大，不规则的胶体二氧化钛颗粒容易堵塞滤布的孔眼，使过滤困难，若加大过滤压力易产生泄漏和穿滤使钛液的澄清度降低。另外这些早期水解析出的不稳定胶体二氧化钛颗粒的表面吸附许多杂质，这些杂质在水解时会一同沉淀下来混入偏钛酸中而降低产品的纯度和白度。

　　由于这些杂质颗粒极细，有时肉眼看不到，因此国内外的工厂都十分重视控制过滤产品的质量，有时不仅要增加过滤步骤，甚至还要添加絮凝剂再增加一道沉降、过滤过程。

　　三、钛液的总钛浓度

　　钛液总钛浓度这个指标不仅影响水解率，也影响产品质量。总钛浓度又分为钛液的总钛浓度、水解起始钛液的总钛浓度和水解终了时的总钛浓度，在讨论总钛浓度时首先要分清这3个不同的总钛浓度。总钛浓度高的钛液一般稳定性也很好，稳定性好的钛液澄清度也好，杂质含量低，几乎不存在不良的结晶中心，这样的钛液不仅水解出来的产品质量好，而且便于贮存，在稀释时也不会马上析出胶体二氧化钛。

　　在研究钛液总钛浓度对水解操作的影响时，通常指的是水解起始时钛液中的总钛浓度。对自生晶种稀释法水解而言，指的是经预热后加入热水中钛液的总钛浓度，虽然各厂选用的钛液浓度有高有低，但是它们搭配的底水量有时不同，最终水解初始的离子浓度相差不大，也就是说水解初期自生晶种的数量差不多;对于外加晶种水解法而言，指的是加入晶种后开始水解时钛液中的总钛浓度。控制水解时钛液的总钛浓度，主要是为了控制水解时的初速度，因为水解初始溶液中的游离酸浓度最低，因此水解速度也最快，这对控制产品粒径是不利的。对于自生晶种稀释法水解工艺，由于钛液和水事先经过高温预热，两者接触后水解反应很快开始，所以一般要求钛液的总钛浓度高一些，相反外加昌种水解工艺用的钛液一般不预热，水解升温速度较慢，所以水解时钛液的总钛浓度可以低一些。在水解结束前加水稀释总钛的浓度主要是为了提高水解率，因为水解后期溶液中游离酸浓度越来越高，水解速度 越来越慢，稀释可以降低游离酸的浓度，以利水解反应更完全。

　　一般情况下水解钛液总钛浓度高，水解生成的水合二氧化钛颗粒细，所得产品的消色力较高，图1为晶种加量1%，经常压水解后的偏钛酸在950℃煅烧后的锐钛型二氧化钛的着色力(消色力)。但是总钛浓度高钛液的水解速度 慢，相反总钛浓度低水解速度快，水解率高，所生成的水合二氧化钛粒子粗，虽然好水洗，但产品消色力低，产品质量差。

　　从图1还可以看出当TiO2浓度超过200g/L后，总钛浓度的提高对着色力的影响已不显著，所以外加晶种法水解时的总钛起始浓度一般控制在200g/L左右，而自生晶种稀释法水解起始总钛浓度较高主要是控制水解初期的速度，并防止钛液在预热期间过早水解。图2和图3为总钛浓度对水解速度和水解率的影响。工业生产中一般外加晶种所用的钛液浓度为190~230g/L，水解初始总钛浓度在200g/L左右，自生晶种稀释法水解所用钛液的浓度一般为220~260g/L。

　　四、钛液的F值

    钛液的F值是影响水解过程的最主要因素之一。钛液的酸度系数不同，水解时水合二氧化钛的聚合程度也不同，在相同钛液浓度下，一般F值高，溶液中的酸度也高，从下面的水解反应的化学平衡来看，水解反应受到抑制，使水解速度变慢，水解率低

　　所生成的水合二氧化钛粒子较细，水洗速度慢;相反F值低的钛液，溶液中的酸度低，水解速度快，水解率高，水解所生成的水合二氧化钛粒子较粗，加上F值低的钛液一般稳定性较差，不仅有可能未水解时就已存在一些不良的结晶中心，导致水解产物的粒径不均匀，产品颜料性能差。另外由于溶液中酸度偏低，有可能使一些金属杂质离子的硫酸盐，在pH较高的情况下会发生水解与偏钛酸一同沉淀下来，因此F值太低的钛液不适合生产颜料级钛白粉。

　　工业生产中钛液的F值一般在1.6~2.1之间，否则水解产物的质量不好，许多资料报道认为F值1.8是最理想的数值。但是工业生产中所得到的钛液F值一般波动在1.7~1.9之间，有时幅度更高，这就预示不同批次钛液的水解结果是不同的。根据美国专利USP4014977中的要求，水解时钛液的F值要控制在1.8左右(1.75~1.85)，特别是在自生晶种稀释法水解时，首次加入作为晶种使用的那一部分钛液一定要做到这一点。为了在水解前把F值控制在这一范围内，可以用碱(氢氧化亚铁、碳酸钠、氨、氢氧化钠等)来局部中和钛液，使钛液F值保证在1.8左右，这样水解出来的产品粒径和消色力都很好。

　　但是不同水解工艺对F值的要求是不同的，既使在同一种水解方法中，也可以根据总钛浓度、F值、铁钛比的高低作相应的调整，例如同样是自生晶种稀释法水解工艺，采用总钛浓度为250~260g/L的钛液，它的F值一般控制在1.75~1.85之间;而使用总钛浓度为220~230g/L的钛液，它的F值就可以控制在1.85~1.95之间。不过这种指标的调整是相对固定的，在生产中不能认为F值、总钛高低都可以随便按此比例搭配使用，否则产品质量不仅不稳定，而且会给操作者造成思想混乱，导致无序操作。所以在现代大型钛白粉工厂中，水解前大都设有钛液调配工序，以保证水解前钛液中的总钛浓度、F值、铁钛比、三价钛浓度都控制在一定限度以内，以确保水解产物质量的稳定和提高。

　　五、钛液的铁钛比(Fe/TiO₂)

　　铁钛比是钛液中铁离子与二氧化钛之间的浓度之比，钛液中的硫酸亚铁不仅增加了溶液的相对密度和粘度，还提高了溶液中的总离子浓度，因此它也可以起着调节水解速度和控制粒子大小的作用，因为钛液在水解过程中，液相中的二氧化钛浓度不断降低，而硫酸亚铁不发生水解，使母液仍保持一定的离子浓度，起着类似于提高二氧化钛浓度的作用。一般情况下，铁钛比高的钛液水解速度慢，所生成的水合二氧化钛粒子较细，水洗时间较长;铁钛比低的钛液水解速度较快，所生成的水合二氧化钛的粒子较粗，水洗时间较短，但是铁钛比过低，不仅水解产物粒子过粗，颜料性能不好，而且会增加冷冻结晶工序的负担。冬季铁钛比过高，溶解在母液中的硫酸亚铁会随着温度的降低而析出硫酸亚铁结晶，使水洗操作更困难。因此水解用的钛液要控制一定范围的铁钛比，其数值大小要根据水解工艺不同和钛液中的总钛含量、F值高低综合考虑。表1为钛液中的硫酸亚铁含量与产品消色力之间的关系。

　　表1 硫酸亚铁、游离酸和消色力的关系

　　六、钛液中的三价钛含量

　　钛液中的三价钛浓度既是一个技术指标，又是一个经济指标。从技术角度而言，钛液中有三价钛离子存在，可以防止钛液中的二价铁离子被氧化成三价铁离子，因为三价钛的被氧化势比二价铁的被氧化势高;钛液在贮存和水解期间被空气中的氧氧化时，首先发生氧化反应的是三价钛，三价钛被氧化完了，二价铁才开始氧化。因为三价铁在水解时很容易发生水解生成氢氧化铁，吸附在偏钛酸表面一同沉淀下来，三价铁离子在水中的溶解度又很低，无法通过以后的水洗操作来除去，最终会污染产品，降低产品的白度。所以从技术角度来讲，钛液中存在一定量的三价钛离子(以TiO₂计1~3g/L)对产品质量有好处，但是三价钛含量过高，对水解有抑制作用，有实例证明三价钛含量>7g/L时，水解速度会减慢。

　　三价钛要在pH>3时才会水解，而钛液水解时溶液中的酸度很高，三价钛不会同时发生水解反应，留在母液中的三价钛在过滤和水洗时与滤液一同排掉，使水解率降低，造成不必要的浪费。留在母液中和废水中的三价钛，在废酸浓缩和废水处理时会逐渐氧化或水解析出，给这些部门的净化操作也带来一定的困难和损失。

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