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云母珠光颜料的重要成分--二氧化钛

粤太珠光粉是由云母包覆二氧化钛组成,二氧化钛包覆程度与云母粒径的不同可得到不同效果的珠光颜料。今天我们来探讨二氧化钛的奥秘。

   二氧化钛,TiO₂,以金红石型、锐钛矿型和板钛矿型存在于自然界中。金红石型、锐钛矿型的二氧化钛在工业上大量生产,并且用作颜料、催化剂和生产陶瓷材料。粤太珠光颜料分为金红石型和锐钛型。

   由于二氧化钛的光散射性质(它优于所有其他的白色颜料),化学稳定性和没有毒性,使他成为重要的白色颜料。从数量和价值上来讲,二氧化钛是最重要的颜料。二氧化钛是粤太珠光颜料的重要组成部分。

一.性质

1.物理性质

在三种TiO₂变体中,金红石型是热力学上最稳定的一种。然而,其他的几种形态晶格相似,因此可以在很长的时间内处于稳定状态。超出700 ℃,锐钛矿型迅速单向转化为金红石型,板钛矿型很难生产,因此在TiO₂颜料工业上没什么价值。粤太珠光粉性能稳定,色彩多样。

2.化学性质

二氧化钛是带有弱酸和碱性的两性化合物。相应的碱金属钛酸酯和游离钛酸在水里是不稳定的,水解是产生无定形的氧化钛氢氧化物。

二氧化钛的化学性质非常稳定,不受大多数有机和无机溶剂的侵蚀。它溶解在浓硫酸和氢氟酸中,并其为熔融的碱性和酸性物质所侵蚀和溶解。粤太珠光粉化学性质非常稳定。

3.原材料

生产TiO₂的原材料包括天然的产物,如钛铁矿,白钛石和金红石,以及若干非常重要的合成材料,如钛渣和合成金红石。最重要的含钛原料生产的TiO₂数据如表

 含钛原料的生产数据(2000年)

产品

工艺

吨/年

钛铁矿

钛铁矿和白钛石

金红石

硫酸法

氯化法

氯化法

1000000

640000

300000

合成金红石

钛渣

钛渣

富集钛渣

氯化法

硫酸法

氯化法

氯化法

821000

738000

832000

143000

原料总量

4474000

2000年,钛铁原材料生产的总量已经增长到大约450万吨。澳大利亚是世界最大的生产国,其次是南非、挪威和加拿大。粤太珠光粉代替泰珠珠光粉,默克珠光粉

4.天然原材料

钛是地壳中蕴藏量第九大的元素,他总是和氧结合在一起。最重要的钛矿,见下表

钛矿

矿物

化学式

TiO₂含量(质量分数)/%

金红石

锐钛矿

板钛矿

钛铁矿

白钛石

钙钛矿

白钛矿

钛磁铁矿

TiO₂

TiO₂

TiO₂

FeTiO₂

FeTiO₂.TiO₂

CaTiO₂

CaTiSiO₂

Fe(TiO₂)Fe2O₂

92-98

90-95

90-100

35-50

60-90

40-60

30-42

2-20

在天然的钛矿中,只有钛铁矿、白钛石和金红石具有经济上的重要意义。白钛石是钛铁矿的一个风化的产品。

世界上最大的钛储藏量是以锐钛矿和钛磁铁矿的形式存在的,但是这些钛矿目前不能经济地加工利用。大约95%世界产量的钛铁矿和金红石用于生产TiO₂颜料,其余的用于制造金属钛和电焊条。粤太珠光粉色彩多样。

钛铁矿和白钛石

    世界上钛铁矿存在于原生的块状矿床,或次生的、含重矿的冲击矿床(砂矿)中,在块状矿里,钛铁矿通常和中性侵入岩共生(挪威的Tellnes和加拿大的Allard湖)。从这些块状矿石中获得的精矿。往往含有高的铁含量,它在钛铁矿里离析的赤铁矿或磁铁矿的形态。这些铁矿的存在,使得精矿中的TiO₂的含量减少,见下表,由于他们的高铁含量,直接利用这些钛铁矿在减少。粤太珠光粉产品齐全,色彩鲜艳。

 

钛铁矿的组成(质量分数%)

组成

Tellnes挪威

Richard’s Bay

(南非共和国)

Capel

(西澳大利亚)

Qunilia

(印度)

TiO₂

Fe2O₂

FeO

Al2O2

SiO₂

Mn0

CaO₂

V2O2

MgO

43.8

14.0

24.4

0.6

0.2

0.3

未检出

0.3

3.7

46.5

11.4

34.2

1.3

1.6

未检出

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

   

 在现有或古老的海岸线海滩沙中富集的钛铁矿,对TiO₂的生产是很重要的。冲浪水流和风化的作用,是钛铁矿和其他重矿物,如金红石、皓石、独居石和其他的硅酸盐,在沙丘或海滩上浓缩。此浓缩过程经常导致矿物呈现层状结构。经过地质年代的变迁,海水和空气的侵袭使得钛铁矿腐蚀。铁从钛铁矿晶格中被 除去,使得留下来的材料中TiO₂富集起来。TiO₂的含量在65%以下,晶格都是稳定的,但是进一步除铁,会生成普通显微镜下看不见的矿物的混合物,其中可能包括钛矿、金红石和无定形的形态。TiO₂的含量高到90%的混合物为白钛石。白钛石存在于被侵蚀的钛铁矿和若干矿床中,它被单独利用和加工。然而,他的生产量要比钛铁矿小。

一般来说,来自除铁的钛铁矿矿沙的精矿,TiO₂含量要比从块状矿石中获得的精矿高。在这些镜框里的其他元素包括镁,锰和钒(出现在钛铁矿里)以及铝、钙和由于矿物侵入作用而带来的硅。

已知的钛铁矿多于70%大约为3.5亿吨,在澳大利亚、南非、挪威、加拿大和印度被有效利用。以现在的生产能力基数,这些国家可以提供全部需求来量约150年。最大产量的国家是澳大利亚(砂矿),加拿大(块状矿石),南非共和国(砂矿),其他的生产国家有美国(砂矿 福罗里达),印度(砂矿 Quilon),前苏联(砂矿,块状矿石),斯里兰卡(砂矿),巴西(rutilo eilmenta do Brnsil)。2000年钛铁矿生产大约折合TiO₂160万吨)。粤太珠光粉代替泰珠珠光粉,默克珠光粉。

金红石

    金红石主要是由高钙含量的岩浆结晶,或含钛沉积物或岩浆岩的变质作用而形成的。对于工业用途来说,在原生的岩石中,金红石的浓缩太低了,因此只有金红石与皓石共生的砂矿或钛铁矿以及其他重矿才被视为储藏量。世界金红石的储藏量估计为4500万吨。粤太珠光颜料分为金红石型和锐钛型。

以钛铁为例,最大的生产国是澳大利亚、南非共和国、塞拉里昂,天然的金红石不能满足需求量,因此逐渐地被合成的品种所取代。2000年世界金红石的产量大约为39万吨(以TiO₂计)。若千金红石精矿的组成见下表:

金红石精矿的组成

金红石精

矿的组成

含量(质量分数)/%

东澳大利亚

塞拉里昂

南非共和国

TiO₂

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

未检出

0.21

1.00

0.67

0.20

未检出

0.04

0.70

95.40

0.70

0.10

未检出

0.32

0.65

0.46

0.65

0.05

0.02

1.75

    

5.合成原材料

   随着高TiO₂含量的增加,导致了开发合成TiO₂原料。在所有的生产过程中,都要从钛铁矿或钛磁铁矿中出去铁。粤太珠光颜料耐酸,耐碱,耐高温达800度,本身不自燃,不助燃,不导电,耐高弧,对光的稳定性相当好,不溶于水,对人体无害

钛渣   

      从钛铁矿中除去铁的冶金工艺过程,是建立在生成钛渣的基础上的。为此在1200-1600的电弧炉里,用无烟煤或焦煤把其中的铁还原为金属,然后分离之。于是无钛的生铁与含70%-85%的TiO₂(取决于所用的矿石)的钛渣同时生成。因为此钛渣中Ti3+的含量高,而含碳量低,因此可以用硫酸酸解。加拿大魁北克铁钛公司(QIT)、南非共和国Riehards Bay矿产品公司(RBM)生产这种原料,生产规模较小的有Tinfos Titan and Iron K.S.(Tyssedal,挪威)。2000年钛渣总计生产量折合成TiO₂为170万吨,其中70万吨用于硫酸法加工,100万吨用于氯化法加工。

合成金红石
    与钛铁矿相反,只有少数金红石矿床具有开发经济价值,因此天然金红石朵唯价格很高。为此,研究开发了许多不通的工艺方法,以便去除钛铁矿精矿中的铁,与此同时却不改变矿物的颗粒大小,因为这更适合于随之进行的流化床氯化氢工艺。往往预活化氧化铁矿后,所有工业化工艺都用贪或氢还原Fe3+,或者是生成金属铁。

带有活化Fe2+的钛铁矿,可用盐酸或稀硫酸处理,并且得到TiO₂含量为85%-96%的“合成金红石”,浓缩含二价铁盐的溶液,然后热分解为氧化铁和盐酸,在酸解工艺中重复使此盐酸。

结语

随着珠光颜料的发展,粤太珠光颜料的应用越来越被人们所认识,可用于汽车,摩托车,自行车涂料,粉末涂料,建筑涂料,珠光油墨,珠光皮革,珠光塑料制品,珠光化妆品,还可以用于造纸,印染,印花塑胶,陶瓷等行业。而二氧化钛是粤太珠光颜料的重要组成部分,因此,二氧化钛的发现及应用是粤太珠光颜料发展至今的重要原因。

 

 

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