锐钛型与金红石型钛白粉的性质、用途与生产工艺介绍

一、概述

二氧化钛的商品名称为钛白粉，从用途上区分为颜料用钛白粉和非颜料用钛白粉。钛白粉是重要的颜料，全世界消费的二氧化钛颜料占整个颜料总消费量的71%左右。从晶型上区分为锐钛型（Anatase Type）和金红石型（Rutile Type）钛白粉。目前世界二氧化钛消费量中金红石型占75%～80%，锐钛型只占20%～25%。我国二氧化钛工业始于二十世纪五十年代，八十年代中后期飞速发展，出口量不断增加，进口量不断减少，近年来已基本没有进口。

二、性质

二氧化钛为白色粉末，无毒，化学性质非常稳定，常温下几乎不与其它元素或化合物反应，对O₂、H₂S、SO₂、CO₂、NH₃等气体均稳定。不溶于水、脂肪酸、有机酸和弱无机酸，微溶于碱和热硝酸，只有在浓硫酸或氢氟酸中长时间煮沸才可完全溶解。在高温下可被氢、氨、钛等还原成低价氧化钛。二氧化钛具有高消色力、高遮盖力、高反射率、低比重等优越的颜料性能，是白色颜料中性能最佳的一种。

两种晶型的主要性质差异：

• 金红石型：晶格比锐钛型更加致密、稳定，具有较好的耐候性、耐水性，不易变黄、不粉化，但白度稍低，适用于制造室外用颜料。

• 锐钛型：晶格空间较大，相对不稳定，耐候性差，容易泛黄和粉化，但白度较高，适用于制造室内用颜料。

锐钛型二氧化钛在915℃时可转化为金红石型二氧化钛。

三、用途

二氧化钛作为白色颜料主要用于油漆工业：

• 金红石型：用于制造汽车漆、船舶漆和醇酸磁漆等室外用漆。外用耐久性塑料制品也需要用金红石型来增加耐候性。金红石型也应用于油墨印刷行业。

• 锐钛型：用于制造白色和浅色室内用油漆，广泛用作造纸、橡胶和塑料制品等的着色剂和填充剂。

其他专业用途：

高附加值应用（近年不断扩大）： 彩色相纸、医药、化妆品、食品添加剂、催化剂或催化剂载体等。

高科技领域潜在用途： 光化学催化剂、彩色感光材料（利用其光电泳性质）、杀菌剂、海水制氢的光致分解剂、导电添加剂、吸附剂等。

四、生产工艺

二氧化钛颜料生产主要有硫酸法和氯化法两种工艺。

两种工艺的优缺点对比：

（一）硫酸法

将粉碎研磨到一定细度的钛铁矿粉，在催化剂氧化锑存在下，于酸解器中加入浓硫酸，用压缩空气搅拌，通入直接蒸汽加热进行酸解反应，使钛铁矿粉充分溶解，发生的化学反应如下：

FeTiO₃ + 3H₂SO₄ → FeSO₄ + Ti(SO₄)₂ + 3H₂O

FeTiO₃ + 2H₂SO₄ → FeSO₄ + TiOSO₄ + 2H₂O

2FeTiO₃ + 7H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + 2Ti(SO₄)₂ + 7H₂O

用水浸取以上酸解反应物，同时加入铁屑使溶液中的高价铁还原为低价铁，发生的化学反应如下：

Fe₂(SO₄)₃ + Fe → 3FeSO₄

然后沉降除去杂质。为加速沉淀，加入硫化铁，使生成的硫化锑与未分解的杂质凝聚沉降。静置沉降分离后，将上层澄清液送往冷冻器，冷冻至3～5℃后，析出硫酸亚铁结晶。过滤得到副产品硫酸亚铁和硫酸钛溶液。

硫酸钛溶液减压浓缩到规定浓度，放入水解器内，在不断搅拌下加入适量晶种，以蒸汽加热水解成为偏钛酸，其反应式如下：

Ti(SO₄)₂ + H₂O → TiOSO₄ + H₂SO₄

TiOSO₄ + 2H₂O → H₂TiO₃↓ + H₂SO₄

过滤出偏钛酸，水洗后，按不同品种控制不同浆液浓度，加入不同处理剂进行盐处理，再过滤洗涤。根据不同品种，调整回转窑的煅烧温度，将偏钛酸定量加入回转窑内煅烧。放出的三氧化硫废气用水喷淋吸收，得到的二氧化钛冷却后，经粉碎机粉碎，再经分级水选、表面处理，然后经喷雾干燥得到颜料用二氧化钛。

（二）氯化法

金红石或高钛渣与石油焦按100∶30～33配比投料，粉碎至160目以下，送入氯化炉中。氯气由炉底筛板上的小孔均匀进入，在850℃左右反应生成四氯化钛气体，由炉顶排出。发生的化学反应如下：

2TiO₂ + 3C + 4Cl₂ → 2TiCl₄ + CO₂ + 2CO

由氯化炉出来的四氯化钛气体进入两个串联的隔板除尘器，再进入两组串联的冷凝器，将四氯化钛气体冷却到沸点温度136℃以下，得到四氯化钛溶液。蒸馏四氯化钛溶液后，将四氯化钛在衬有耐火砖的反应器中氧化，生成二氧化钛，其反应如下：

TiCl₄ + O₂ → TiO₂ + 2Cl₂

反应温度控制在1300℃以上，四氯化钛在气相氧化过程中首先生成锐钛型二氧化钛，然后在高温下向金红石型转化，可添加适量的晶型转化剂三氯化铝以加快转化速度。生成的二氧化钛经水选、洗涤和干燥得到成品。

五、补充说明

纳米级钛白粉粉末在光催化、生成臭氧及臭氧杀菌等领域有重要应用。两种晶型中，金红石型更稳定、应用更广泛。锐钛型可通过高温烧结转变为金红石结构，也可在合成过程中通过掺杂（如掺入Al）直接获得金红石型。

延伸阅读

本文介绍了两种晶型钛白粉的基本性质、主要用途及生产工艺。如需进一步了解二者在耐候性、遮盖力、抗粉化等方面的详细性能对比及实际选型建议，可参阅《钛白粉金红石型与锐钛型区别全解析：性能对比与选型指南》。