1030二氧化鈦水解的粒徑控制及研究

1、 學(xué)校代碼：10488 學(xué) 號(hào)：09103010碩 士 學(xué) 位 論 文題 目二氧化鈦水解的粒徑控制及研究專 業(yè)化學(xué)工藝研究方向姓 名導(dǎo) 師定稿日期： 年 月 日分類號(hào)：密級(jí)：udc ：碩 士 學(xué) 位 論 文二氧化鈦水解的粒徑控制及研究study on control of particle size of titanium dioxide in hydrolysis process指導(dǎo)教師姓名：申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：專業(yè)名稱：論文定稿日期：論文答辯日期：學(xué)位授予單位：學(xué)位授予日期：答辯委員會(huì)主席：評(píng) 閱 人：武漢科技大學(xué)研究生學(xué)位論文創(chuàng)新性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行

2、研究所取得的成果。除了文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容或?qū)俸献餮芯抗餐瓿傻墓ぷ魍?，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。申請(qǐng)學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。 論文作者簽名： 日期： -研究生學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)聲明本論文的研究成果歸武漢科技大學(xué)所有，其研究?jī)?nèi)容不得以其它單位的名義發(fā)表。本人完全了解武漢科技大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)部門(按照武漢科技大學(xué)關(guān)于研究生學(xué)位論文收錄工作的規(guī)定執(zhí)行)送交論文的復(fù)印件和電子版本，允許論文被查閱和借閱，同意學(xué)校將本論文的全部或部分內(nèi)容編入

3、學(xué)校認(rèn)可的國(guó)家相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索和對(duì)外服務(wù)。 論文作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 武漢科技大學(xué) 碩士學(xué)位論文 第 iii 頁(yè)摘 要在硫酸法鈦白粉生產(chǎn)中，鈦液的水解是極為關(guān)鍵的一步，外加晶種水解是工廠普遍采用的一種水解方法，其水解產(chǎn)物的粒徑大小和粒徑分布決定了后序的過濾和洗滌速度，同時(shí)影響著最終產(chǎn)品的質(zhì)量。本文采用一種“快速高活性晶種”制備方法，確定了影響晶種制備的四個(gè)因素：預(yù)熱溫度、堿濃度、晶種加量及晶種活性，并根據(jù)實(shí)際工藝條件確定了各因素的影響范圍。利用激光粒度分析儀對(duì)水解產(chǎn)物的粒徑及其粒徑分布進(jìn)行分析，并對(duì)產(chǎn)物的過濾性能進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明，當(dāng)預(yù)熱溫度為90，naoh濃度為8.0-8.

4、5%，晶種加量為2.00%，晶種活性為100-120 ml時(shí)，制得的晶種有利于水解反應(yīng)，得到的水解產(chǎn)物粒度分布均勻，過濾性能好。雜質(zhì)元素對(duì)水解過程有很大的影響，通過改變鈦液中雜質(zhì)元素的含量，并以此作為制備晶種和水解的母液，考察了fe2+、fe3+、mg2+、al3+、ca2+對(duì)水解產(chǎn)物粒徑分布和過濾性能的影響。結(jié)果表明，fe3+、al3+、ca2+含量增加，得到的產(chǎn)物粒子粒徑增大，粒徑分布變寬，過濾性能降低；而增加fe2+、mg2+含量，產(chǎn)物粒子粒徑減小，粒徑分布變窄，但產(chǎn)物粒子過于細(xì)小致密，降低了過濾速度。利用icp、xrd和xps對(duì)產(chǎn)物中雜質(zhì)含量和產(chǎn)物晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，水解過程中

5、，雜質(zhì)元素離子沒有參與鈦離子的成鍵作用，對(duì)二氧化鈦晶體的形成沒有影響，鈦液中雜質(zhì)元素含量增加只改變了溶液中總的離子濃度，影響水解反應(yīng)速率，進(jìn)而影響了最終產(chǎn)物的粒徑及粒徑分布和其過濾性能。關(guān)鍵詞：鈦白粉、水解、晶種、雜質(zhì)元素、粒度分布abstracthydrolysis of titanium sulfate solution is an important step in the production of titanium dioxide through sulfate process. the added-seed thermal hydrolysis is a popular opera

6、tion in commercial processes. the particle size and particle size distribution (psd) of hydrolysis product affect the operations of following process, such as filtration and purification, and determine the quality of titania finally.the quick and high activated crystal seeds were prepared in this st

7、udy. four influence factors affecting the preparation of crystal seeds were selected, which were preheating temperature, naoh concentration, volume and activity of crystal seeds. and the investigating range of each factor was determined according to the actual conditions. the particle size and psd o

8、f products were characterized by particle size analyzer. and the filtering property of hydrolysis products was were tested. the results showed that the crystal seeds which prepared in a preheating temperature of 90, a naoh concentration of 8.0-8.5%, a seed volume of 2.00% and seed activity of 100-12

9、0 ml were beneficial to hydrolysis reaction. the psd of hydrolysis product was uniform and the filtering property was improved.the impurity elements also has have an important influence in hydrolysis process. titanium sulfate solution contained different contents of impurity elements by adding was w

10、ere used for preparing crystal seeds and hydrolyzing. the influences of impurity elements (fe2+, fe3+, mg2+, al3+ and ca2+) on psd and filtering property of hydrolysis product were investigated. the higher the content of fe3+, al3+ or ca2+ in the solution was, the bigger particle size and wider psd

11、of product were achieved. and the filtering time became longer. while the higher the content of fe2+ or mg2+ in the solution was, the smaller particle size and narrower psd of product were achieved. and the filtering time also became longer for too small size of hydrolysis product. the contents of i

12、mpurity elements and crystal structure of product were characterized by inductively coupled plasma (icp) 、 x-ray diffraction (xrd) and x-ray photoelectron spectroscopy (xps). the results indicated that the impurity elements had no influence on the formation of tio2 crystal structure in hydrolysis pr

13、ocess. but with the increase of foreign ion contents, the total ion concentration and hydrolysis ratio were changed. and the psd and filtering property of product were affected.key words: titanium dioxide; hydrolysis; crystal seeds; impurity element; particle size distribution目 錄摘 要iabstractii第一章 文獻(xiàn)

14、綜述11.1 二氧化鈦概述11.1.1 二氧化鈦的性質(zhì)及應(yīng)用11.1.2 二氧化鈦的生產(chǎn)工藝21.2 二氧化鈦的水解31.2.1 水解反應(yīng)的研究31.2.2 水解反應(yīng)機(jī)理的研究31.2.3 水解方法的研究41.3 二氧化鈦的水解影響因素51.3.1 鈦液性質(zhì)的影響51.3.2 水解條件的影響71.3.3 晶種的影響81.3.4 雜質(zhì)元素的影響81.4 課題意義及研究?jī)?nèi)容10第二章 晶種的優(yōu)化制備112.1 關(guān)于晶種的研究現(xiàn)狀112.2 實(shí)驗(yàn)部分122.2.1 實(shí)驗(yàn)原料122.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器122.2.3 實(shí)驗(yàn)操作132.2.4 分析方法142.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論162.3.1 預(yù)熱溫度的影響

15、162.3.2 堿濃度的影響182.3.3 晶種加量的影響202.3.4 晶種活性的影響212.4 小結(jié)22第三章 雜質(zhì)元素對(duì)水解的影響233.1 雜質(zhì)元素的影響233.2 實(shí)驗(yàn)部分233.2.1 實(shí)驗(yàn)原料233.2.2 試驗(yàn)儀器243.2.3 實(shí)驗(yàn)操作243.2.4 分析方法253.3結(jié)果與討論253.3.1 fe2+的影響253.3.2 fe3+的影響273.3.3 mg2+的影響283.3.4 al3+的影響293.3.5 ca2+的影響313.3.6 雜質(zhì)元素影響機(jī)理的研究323.4 小結(jié)33第四章 結(jié)論及建議344.1 結(jié)論344.2 建議34參考文獻(xiàn)35碩士期間發(fā)表論文情況38致

16、謝39武漢科技大學(xué) 碩士學(xué)位論文 第 43 頁(yè)第一章 文獻(xiàn)綜述1.1 二氧化鈦概述1.1.1 二氧化鈦的性質(zhì)及應(yīng)用二氧化鈦英文名稱為titanium dioxide或titania，又稱鈦白粉，商品名鈦白，它的分子式和相對(duì)分子質(zhì)量分別為tio2和79.88。二氧化鈦在自然界有三種存在形態(tài)，即金紅石型、銳鈦型和板鈦型，它們的晶體性質(zhì)有所差異。銳鈦型是四方晶系，以八面體形式存在。在低溫下很穩(wěn)定，但當(dāng)溫度為610時(shí)，開始慢慢轉(zhuǎn)化成金紅石型，達(dá)到730時(shí)，高速轉(zhuǎn)化，915可完全轉(zhuǎn)化成金紅石型。板鈦型是斜方晶系，數(shù)量很少，只在自然界中出現(xiàn)。它的晶型不穩(wěn)定，當(dāng)溫度高于650時(shí)，會(huì)直接轉(zhuǎn)化成金紅石型，目前還

17、沒有實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。金紅石型是四方晶系，為細(xì)長(zhǎng)成對(duì)的孿生晶體。它的晶格較小緊密，是三種變體中最穩(wěn)定的一種，即便高溫，也不發(fā)生轉(zhuǎn)化和分解。它具有較高的密度、硬度、折射率和介電常數(shù)1。鈦白粉是一種白色粉末，物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無毒無味，是化學(xué)惰性物質(zhì)。常溫下幾乎不與其他物質(zhì)反應(yīng)，不溶于水、脂肪、有機(jī)酸和弱無機(jī)酸。在煮沸的情況下能溶于濃硫酸，可與酸式硫酸鹽（如硫酸氫鉀、焦硫酸鉀）共熔，與一些鹵素及鹵化物（如氟、氟化氫）反應(yīng)，在高溫下二氧化鈦可被許多還原劑還原為低價(jià)鈦的氧化物。二氧化鈦因其具有穩(wěn)定的物理、化學(xué)性質(zhì)和優(yōu)良的光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)，以及優(yōu)異的顏料性能而得到廣泛的應(yīng)用。涂料、塑料、橡膠、化纖、造

18、紙、油墨、陶瓷、化妝品、醫(yī)藥、食品等，都要用到鈦白粉。而且隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，鈦白粉的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹碓綇V，人們對(duì)于鈦白粉的需求也將越來越大。涂料工業(yè)是鈦白粉的第一大用戶。在涂料生產(chǎn)中，對(duì)鈦白粉消耗最多的是建筑用涂料，大約占用于涂料鈦白粉總量的60%，其次用于汽車、鐵路車輛、船舶、家具，約占25%，其他占15%。隨著中國(guó)的汽車、建筑工業(yè)以及水性涂料的快速崛起，涂料工業(yè)會(huì)需要更多數(shù)量的鈦白粉，而且在質(zhì)量上要求更高，對(duì)品種的要求也更多。塑料是鈦白粉的第二大用戶。在塑料中加入鈦白粉后，可以提高塑料的耐熱性、耐光性、耐候性，改善物理化學(xué)性能，增強(qiáng)力學(xué)強(qiáng)度，延長(zhǎng)使用壽命。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)于保

19、護(hù)環(huán)境和節(jié)約能源的意識(shí)增強(qiáng)，以塑料代替鋼鐵制品的步伐會(huì)變得越來越快，塑料制品將越來越多的用于我們的生活。鈦白粉作為塑料填料中最基本的顏料，它的需求量也會(huì)逐年增大。造紙工業(yè)是鈦白粉的第三大用戶。添加鈦白粉可以起到改進(jìn)紙張力學(xué)性能，提高紙張的白度、不透明度、光澤度和平滑度，增加彈性，減少吸濕性，提高印刷性能的作用，使紙張更為適用。此外鈦白粉還廣泛應(yīng)用于化纖和紡織行業(yè)、高級(jí)油墨、橡膠工業(yè)、陶瓷制造等行業(yè)。另外，由于鈦白粉其獨(dú)特的電性能和光學(xué)特性，使得它在催化、光電材料和氣敏傳感領(lǐng)域具有著廣泛的應(yīng)用前景。1.1.2 二氧化鈦的生產(chǎn)工藝目前，鈦白粉的工業(yè)生產(chǎn)方法主要有硫酸法和氯化法兩種。全球氯化法工藝與

20、硫酸法工藝的比例大約為52:482，國(guó)外的企業(yè)大部分采用氯化法技術(shù)，而國(guó)內(nèi)鈦白生產(chǎn)只有攀錦鈦業(yè)公司采用氯化法生產(chǎn)技術(shù)3，其余全部為硫酸法生產(chǎn)。下面簡(jiǎn)要介紹兩種主要生產(chǎn)工藝。（一）硫酸法硫酸法工藝是將鈦鐵礦和濃硫酸進(jìn)行酸解生成硫酸氧鈦，經(jīng)過水解反應(yīng)生成偏鈦酸，然后水洗過濾，再經(jīng)煅燒粉碎即得到鈦白粉產(chǎn)品。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是鈦鐵礦和硫酸原料廉價(jià)易得，技術(shù)成熟，操作簡(jiǎn)單易控制，設(shè)備簡(jiǎn)單，對(duì)防腐要求低，經(jīng)濟(jì)效益高；缺點(diǎn)是工序多，流程長(zhǎng)，主要以間歇操作，硫酸、蒸汽消耗大，產(chǎn)品質(zhì)量稍差，“三廢”污染嚴(yán)重4。硫酸法鈦白生產(chǎn)過程中主要進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)如下：酸解過程： （1）水解過程： （2）煅燒過程： （3）硫酸法生

21、產(chǎn)鈦白的主要工藝流程如下：選礦、粉碎酸解、浸取?。┙Y(jié)晶、凈化水 解過濾水洗鹽處理煅燒、粉碎后處理（二）氯化法氯化法是把天然或人造金紅石或高鈦渣與焦炭或石油焦，在密閉的氯化爐中進(jìn)行高溫氯化，生成四氯化鈦，經(jīng)過冷凝、過濾和精餾得到精四氯化鈦，然后在氧化爐中經(jīng)過高溫氧化得到二氧化鈦，最后表面處理得到產(chǎn)品。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)流程短，自動(dòng)化程度高，三廢污染少，產(chǎn)品的質(zhì)量好。缺點(diǎn)是對(duì)礦原料的要求高，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，能耗大，設(shè)備要求嚴(yán)格，設(shè)備的投資費(fèi)高。氯化法生產(chǎn)過程中主要進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)有：四氯化鈦的制備： （4）四氯化鈦的氧化： （5）氯化法生產(chǎn)鈦白的主要工藝流程如下：鐵鈦礦富集四氯化鈦制備四氯化鈦精制后處

22、理二氧化鈦制備1.2 二氧化鈦的水解1.2.1 水解反應(yīng)的研究二氧化鈦的水解是硫酸法鈦白生產(chǎn)中的核心部分，也是整個(gè)流程中要求最為嚴(yán)格的地方。它是把二氧化鈦組分由黑色的酸解液中以白色的固相水合二氧化鈦析出，使其與母液中可溶性的雜質(zhì)分離，以進(jìn)一步提取純凈的二氧化鈦。鈦液的水解有兩個(gè)主要目的：一是除去液相中的雜質(zhì)成份；二是控制水合二氧化鈦的粒徑及其粒徑分布。水解質(zhì)量的好壞，不僅影響后序生產(chǎn)的操作，而且影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量，進(jìn)而影響工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。工業(yè)上對(duì)水解的要求，首先是水解產(chǎn)物偏鈦酸粒子，必須大小適當(dāng)、分布均勻，易于過濾洗滌；其次是水解率要高，產(chǎn)物質(zhì)量穩(wěn)定，設(shè)備簡(jiǎn)單，這樣才具有好的經(jīng)濟(jì)效益。鈦液水

23、解過程進(jìn)行的反應(yīng)簡(jiǎn)單表示如下： （6） （7）1.2.2 水解反應(yīng)機(jī)理的研究關(guān)于鈦液熱水解的反應(yīng)機(jī)理，有很多人做過研究。有些人認(rèn)為，水解反應(yīng)是一個(gè)h+在水解過程中的轉(zhuǎn)移和膠體的凝聚過程5。他們認(rèn)為，當(dāng)鈦液的f值低、總鈦高時(shí)，主要進(jìn)行凝膠過程；而當(dāng)鈦液的f值高、總鈦低時(shí)，主要進(jìn)行離子間的反應(yīng)。也有學(xué)者把鈦液的水解當(dāng)做是一種強(qiáng)酸弱堿鹽的水解過程6，但又不同于一般的鹽類水解，它水解的ph值不固定，在稀釋或加熱條件下，就能水解析出氫氧化鈦水合物沉淀7。無論是哪一種機(jī)理，鈦液的水解都是一個(gè)從微晶粒成長(zhǎng)，到形成膠體粒子，最后凝聚析出沉淀物的過程8。室溫時(shí)，純硫酸鈦液進(jìn)行反應(yīng)： （8）加熱時(shí)，純硫酸鈦液進(jìn)行

24、反應(yīng)： （9）ti(oh)4就是鈦酸或正鈦酸，tio(oh)2則稱為b鈦酸或偏鈦酸，通常人們總把水合二氧化鈦稱為偏鈦酸，書寫成h2tio3。jalava j p9利用小角度x衍射方法（saxs）觀察發(fā)現(xiàn)，正鈦酸是無定型化合物，結(jié)構(gòu)松散；而偏鈦酸為片狀型納米晶形態(tài)，結(jié)構(gòu)致密。正鈦酸可溶于稀酸，加入稀堿和合適的鹽很容易使其凝膠化，得到穩(wěn)定的膠體，偏鈦酸則比較穩(wěn)定。鈦液的水解過程，一般可認(rèn)為經(jīng)歷以下三個(gè)階段：第一階段，晶核的形成階段即晶種形成階段。水解開始時(shí)，首先從澄清的鈦液中，有一批極細(xì)微的稱為晶核的結(jié)晶中心析出。晶核的數(shù)量、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和組成，決定了最后水解沉淀物的性質(zhì)和組成，因此鈦溶液中必須具備

25、一定數(shù)量和組成結(jié)構(gòu)的晶核作為結(jié)晶中心。水解條件不同，得到晶核的數(shù)量、組成結(jié)構(gòu)也不相同，最后的水解產(chǎn)物也會(huì)受到影響。所以，水解是鈦白粉生產(chǎn)中的核心部位，而晶核的形成又是水解過程中極其重要的一環(huán)。第二階段，粒子的成長(zhǎng)階段。在這個(gè)階段，鈦以水合二氧化鈦的形式，在已經(jīng)形成的結(jié)晶上逐漸沉析長(zhǎng)大，形成一次聚集體。這個(gè)階段發(fā)生在水解時(shí)剛變色的階段，此時(shí)水解液的化學(xué)組成基本上未發(fā)生變化。一次聚集體的大小，直接影響著最終產(chǎn)品的顏料性能。第三階段，水合二氧化鈦顆粒逐漸凝聚長(zhǎng)大沉淀下來。這個(gè)階段形成的凝聚顆粒大小以及分散程度對(duì)后序的過濾水洗操作有很大的影響。這個(gè)階段，由于溶液中有固體偏鈦酸粒子析出，溶液中鈦含量降低

26、，破壞了原溶液中水解平衡，水解仍以較大速度進(jìn)行。鈦液中二氧化鈦成份不斷轉(zhuǎn)化成固相偏鈦酸沉淀，體系中的鈦濃度不斷降低，游離酸的濃度會(huì)急劇升高，在這個(gè)階段，同時(shí)發(fā)生沉淀離子的局部溶解和重新析出，直至達(dá)到平衡的過程，該過程一直到水解結(jié)束。通過對(duì)水解動(dòng)力學(xué)10,11研究發(fā)現(xiàn)，水解過程分為三個(gè)階段，整個(gè)過程中水解速率先是緩慢增長(zhǎng)，然后快速上升，最后又趨于緩慢。楊軒12通過分析水解過程和水解產(chǎn)物偏鈦酸的形貌，將水解過程分為三個(gè)階段，第一階段是鈦離子先相互結(jié)合生成線性聚合物，第二階段是開始生成的10 nm左右的初級(jí)粒子聚合形成1-3 um的團(tuán)聚體，第三階段偏鈦酸粒徑則無明顯變化。hao l13,14在此基礎(chǔ)

27、上又將水解過程分為誘導(dǎo)水解期、聚結(jié)水解期、破碎再水解期和熟化期四個(gè)階段，而且發(fā)現(xiàn)在水解過程中，粒子的增長(zhǎng)符合“s”型曲線的生長(zhǎng)模型。bavykin d v15和周靜紅16在研究中也發(fā)現(xiàn)tio2的膜生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)符合sigma模型。許多研究者采用不同的方法，從各個(gè)方面對(duì)鈦液水解機(jī)理進(jìn)行了研究，有的通過建立模型，以便控制水解產(chǎn)物的粒徑。趙明17通過分析水解率和時(shí)間之間的關(guān)系，將鈦液水解過程分為誘導(dǎo)期、水解期和成熟期三個(gè)階段。發(fā)現(xiàn)水合二氧化鈦沉析過程中，微晶尺寸與水解率符合方程，微晶直徑與水解率三次方根（）成正比，過程基本遵從阿侖尼烏斯方程。吳建懿18采用低溫控制中和水解法分析了反應(yīng)溫度和ph對(duì)原級(jí)粒子

28、的影響，在較低的溫度下可以控制原級(jí)粒子基本上為具有銳鈦礦晶型的h2tio3。同時(shí)控制ph，制得顆粒均勻，粒徑在5-15 nm的tio2。汪禮敏19對(duì)鈦液的水解機(jī)理及動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明在水解粒子的表面存在著均勻分布的恬性中心，反應(yīng)物以tioti的形式在活性中心上成鍵，使晶體不斷長(zhǎng)大而析出沉淀，同時(shí)產(chǎn)生新的活性中心，粒子表面上的化學(xué)反應(yīng)是整個(gè)過程的控制步驟。1.2.3 水解方法的研究目前在各國(guó)廣泛使用的主要有兩種水解方法。第一種是自生晶種水解法，是法國(guó)人約瑟夫布魯門費(fèi)爾德（joesph blwmenfeld）研究出來的，又稱為布魯門費(fèi)爾德法20。該方法是將鈦液和水預(yù)先加熱，按一定的比例，將

29、熱鈦液以一定的速率加入到熱水中，形成一定數(shù)量和質(zhì)量的晶種，然后繼續(xù)加入剩余鈦液進(jìn)行熱水解操作。在自生晶種水解中，最關(guān)鍵的地方在開始晶種的形成階段，尤其是前幾分鐘時(shí)候21。鈦液的加入量、加入速率會(huì)影響晶種的形成。鈦液加入速度過快，形成的晶種數(shù)量不夠，水解不完全，水解率低，浪費(fèi)了原料；加入速度過慢，少量的鈦液在過量的水條件下快速水解，剩余的鈦液還沒加完，已出現(xiàn)大量沉淀，得到的產(chǎn)物不僅水解率低，過濾洗滌的性能也差。第一批鈦液加入熱水中時(shí)，會(huì)有輕微的混濁出現(xiàn)，繼續(xù)加入鈦液，渾濁物又會(huì)迅速溶解，實(shí)際上是該膠體沉淀物被分散到鈦液中，起著結(jié)晶中心（晶種）的作用，水合二氧化鈦在這些晶種上沉積長(zhǎng)大。20 min

30、左右，溶液由黑色逐漸變成橄欖綠色，然后變成鋼灰色，此時(shí)為了使水合二氧化鈦粒子均勻的成長(zhǎng)，應(yīng)立即停止加熱和攪拌，保溫一段時(shí)間，溶液顏色變?yōu)榛野咨?，工業(yè)上把這段時(shí)間稱為“誘導(dǎo)期”。20-60 min后，在重新加熱攪拌，直至水解結(jié)束。水解過程中要補(bǔ)充稀釋水以維持水解漿料在一定的濃度范圍，有助于提高水解率。工藝上一般采用蒸汽加熱的方法，保證了稀釋水的加入。這種水解方法時(shí)間比較長(zhǎng)，但可以采用大型設(shè)備，并且能夠減少雜質(zhì)的影響，生產(chǎn)的鈦白粉顏料性能好。第二種是外加晶種水解法，是麥克倫堡（mek lenbetg）研發(fā)出來的，也稱麥克倫堡法。該方法是在鈦液熱水解前，先加入或培養(yǎng)出一定數(shù)量和質(zhì)量的晶種，作為水解的

31、結(jié)晶中心，以便正確的誘導(dǎo)水解進(jìn)行。然后，將鈦液預(yù)熱升溫到一定溫度，加入一定量的晶種，繼續(xù)水解直到結(jié)束。水解過程中，鈦液在加熱和晶種的誘導(dǎo)下發(fā)生水解，溶液中的鈦組分以水合二氧化鈦形式在這些晶種表面沉析長(zhǎng)大。只要鈦液中的晶種數(shù)量足夠，晶種質(zhì)量高，且升溫速率、攪拌速度和稀釋控制得當(dāng)，那么生成的水合二氧化鈦都會(huì)沉析在這些結(jié)晶中心上，不會(huì)形成新的結(jié)晶中心。這樣不僅能使水解進(jìn)行得更完全，得到的水解顆粒也比較均勻，使得后面的過濾水洗容易，穿濾損失少，最后制得的二氧化鈦顏料性能優(yōu)越。外加晶種水解法的優(yōu)點(diǎn)是，操作比較簡(jiǎn)單，但對(duì)制備晶種的方法和晶種的質(zhì)量要求很高。也有一些關(guān)于其他水解方法研究的報(bào)告，日本的一篇專利

32、22中提出，以0.2-30%的水合硫酸氧鈦?zhàn)鳛樗饩ХN，可制取高純度的二氧化鈦。鮑學(xué)昭23提出了一種新的水解方法，該方法以部分caso4微粒替代作為水解晶種，在常溫下直接升溫水解，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，提高了產(chǎn)品著色力。1.3 二氧化鈦的水解影響因素1.3.1 鈦液性質(zhì)的影響生產(chǎn)顏料鈦白粉時(shí)，原鈦液的性質(zhì)、組成，對(duì)水解產(chǎn)物粒子的粒徑和粒徑分布及最后產(chǎn)品的顏料性能有較大的影響。穩(wěn)定性 鈦液穩(wěn)定性對(duì)水解的影響非常關(guān)鍵，只有穩(wěn)定性好，才能確保水解得到的偏鈦酸質(zhì)量高，最終生產(chǎn)的鈦白粉性能好。因?yàn)?，穩(wěn)定性差的鈦液有許多我們觀察不到的不規(guī)則結(jié)晶中心，這些不良結(jié)晶中心的存在，不僅會(huì)使水解生成的偏鈦酸粒子不均勻，減

33、慢過濾洗滌的速度，而且煅燒后產(chǎn)品的光學(xué)、顏料性能都會(huì)變差。一般，顏料級(jí)鈦白粉的生產(chǎn)，所用鈦液的穩(wěn)定性都要求不低于500 ml。澄清度 鈦液的澄清度和穩(wěn)定性有密切的關(guān)系，澄清度差，說明鈦液中的雜質(zhì)含量高，其中包括早期的水解粒子、分離殘存的助濾劑和一些極細(xì)的泥沙。溶液中，這些雜質(zhì)的存在，會(huì)堵塞濾布的濾孔，加大過濾的難度。另外，還可能成為不良的結(jié)晶中心，影響產(chǎn)物粒子的結(jié)構(gòu)，使水解產(chǎn)物分布不均，延長(zhǎng)水洗時(shí)間，降低了鈦白粉的純度，使產(chǎn)品的白度變差?？傗仢舛?總鈦濃度不僅影響著水解率，還影響產(chǎn)品的質(zhì)量。一般情況下，總鈦濃度高的鈦液，水解產(chǎn)物的偏鈦酸顆粒細(xì)，得到的產(chǎn)品消色力較高。但是，鈦液的總鈦濃度高，水解

34、速度會(huì)變慢。對(duì)于自生晶種水解工藝，由于鈦液和底水預(yù)先加熱，兩者混合后，水解反應(yīng)很快開始，所以要求鈦液總鈦濃度會(huì)高一些，一般為220-260 g/l；而外加晶種水解工藝，鈦液雖事先預(yù)熱，但不與水接觸，水解的速度較慢，所以要求鈦液總鈦濃度低一些，一般為190-200 g/l。f值 f值是影響鈦液水解的最主要因素之一，一般f值高的鈦液，溶液的酸度也高，水解反應(yīng)會(huì)受到抑制，水解速度變慢，水解率降低，生成的偏鈦酸粒子較細(xì)，過濾水洗時(shí)間長(zhǎng)；f值低，溶液的酸度低，水解速度加快，水解率提高，生成的偏鈦酸粒子較粗，粒度分布不均勻，產(chǎn)品的顏料性能差。此外，鈦液的酸度低，一些金屬雜質(zhì)離子的硫酸鹽可能會(huì)發(fā)生水解，與產(chǎn)

35、物偏鈦酸一同沉淀下來，影響產(chǎn)品的白度。不同的水解工藝，對(duì)f值的要求不同，而且即使是同一種水解方法，也可以由鈦液的總鈦濃度和鐵鈦比做出相應(yīng)的改變。在自生晶種水解工藝中，總鈦濃度高了的鈦液可以提高f值。鐵鈦比 鐵鈦比是指鈦液中的鐵離子和二氧化鈦之間的濃度比，鈦液中亞鐵的存在，提高了溶液的總離子濃度。一般情況下，鐵鈦比高，鈦液的水解速度慢，生成的偏鈦酸粒子細(xì)，過濾水洗時(shí)間長(zhǎng)；鐵鈦比低，鈦液的水解速度快，生成的偏鈦酸粒子粗，過濾水洗時(shí)間就短。這是因?yàn)樵谒膺^程中，溶液中的二氧化鈦濃度會(huì)不斷降低，由于硫酸亞鐵不會(huì)發(fā)生水解，會(huì)使母液仍維持一定的離子濃度，相當(dāng)于提高了二氧化鈦的濃度。但是鐵鈦比過低，會(huì)加大冷

36、凍結(jié)晶的難度，而且產(chǎn)物粒子過粗，產(chǎn)品的顏料性能也很差。三價(jià)鈦含量 鈦液中三價(jià)鈦的存在，可以防止溶液中二價(jià)鐵離子被氧化成三價(jià)，因?yàn)槿齼r(jià)鈦比二價(jià)鐵容易氧化，只有三價(jià)鈦氧化完了，才會(huì)氧化二價(jià)鐵。鈦液中如果有三價(jià)鐵存在，很容易發(fā)生水解，生成氫氧化鐵，吸附在在偏鈦酸的表面，一同沉淀下來，難以通過水洗除去，最終影響了產(chǎn)品白度。但三價(jià)鈦過高，會(huì)抑制水解，并且由于水解過程中溶液酸度很高，三價(jià)鈦不會(huì)發(fā)生水解而留在母液中，在過濾水洗時(shí)，會(huì)與濾液一同排掉，降低了水解率，造成了原料的浪費(fèi)。grzmil b24研究了鈦液中總鈦濃度和酸濃度對(duì)水解轉(zhuǎn)化率的影響，發(fā)現(xiàn)二者濃度濃度越低，水解初期的水解轉(zhuǎn)化率越高，但對(duì)水解后期的

37、影響不大，這可能是tioso4和h2so4濃度升高延遲了膠體偏鈦酸（tio2nh2o）的形成 。向斌25通過設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，對(duì)極差進(jìn)行分析，探討了f值、初始鈦濃度、鐵鈦比、加熱時(shí)間對(duì)水解產(chǎn)物粒度的影響。研究發(fā)現(xiàn)，水解液初始鈦濃度和加熱延遲時(shí)間是對(duì)偏鈦酸粒度分布影響最大的兩個(gè)因素。最優(yōu)條件為：初始鈦濃度1.95 mol/l，f值2.10，鐵鈦質(zhì)量比0.4，加熱延遲時(shí)間10 min時(shí)，產(chǎn)物的粒度分布比較集中。余雪梅26以攀鋼高爐渣酸解后的鈦液作為原料，采用了自生晶種水解法來制備tio2。研究了水解操作參數(shù)f值、鐵鈦比和底水量對(duì)水解產(chǎn)品二氧化鈦粒度和粒度分布的影響。結(jié)果表明，f值在2.8-3.36，水

38、解產(chǎn)物粒度分布較窄，粒徑為0.20 m；底水量為50 ml時(shí)，平均粒徑最大為0.4 m；鐵鈦比越小，二氧化鈦分布越均勻，且平均粒徑隨鐵鈦比的增加而增大。宋昊27通過調(diào)節(jié)鈦液加入的速度和硫酸的濃度，可控制水解產(chǎn)物的晶型。當(dāng)鈦液加入速度不高于2 ml/h，硫酸濃度為2.5%()，100下主要生成金紅石型tio2；而當(dāng)加入速度增至8 ml/h或硫酸濃度高于10%()時(shí)，主要形成銳鈦礦型tio2。在水解速度較快的均相成核階段，易生成銳鈦型tio2；而在晶核成長(zhǎng)階段，緩慢水解有助于形成金紅石型tio2。1.3.2 水解條件的影響水解溫度 水解溫度不僅影響著水解速度，而且影響水解產(chǎn)物（偏鈦酸）粒子的大小。

39、因?yàn)?，鈦液的水解是一個(gè)吸熱反應(yīng)過程，水解溫度的提高能加快水解速度，同時(shí)也會(huì)加快偏鈦酸粒子的成長(zhǎng)速度。一般鈦液在90下，開始發(fā)生水解反應(yīng)，100下速度加快，沸騰時(shí)水解速度顯著加快。水解溫度過高，水解反應(yīng)速度過快，生成的偏鈦酸粒子大小也不均勻，同時(shí)，劇烈的沸騰會(huì)破壞二次粒子的凝聚，影響產(chǎn)物的過濾性能。溫度過低，水解反應(yīng)速度慢，水解的時(shí)間就長(zhǎng)，這樣生成的偏鈦酸粒子偏細(xì)，會(huì)延長(zhǎng)過濾水洗的時(shí)間，得到的產(chǎn)品顏料性能也很差。所以，通常水解的溫度維持在沸點(diǎn)左右，保持微沸的狀態(tài)即可。水解時(shí)間 鈦液的水解時(shí)間長(zhǎng)短決定了水解過程完成的程度，即水解率的高低28。水解的時(shí)間長(zhǎng)，能夠提高鈦液的水解率，對(duì)產(chǎn)物粒子的粒度大小

40、及均勻度也有明顯的影響。當(dāng)水解時(shí)間超過4 h，對(duì)水解率已經(jīng)沒有顯著的提高，但產(chǎn)物粒子將會(huì)變粗，產(chǎn)品的顏料性能和消色力將會(huì)降低，還浪費(fèi)了能耗。升溫速度 升溫速度指從加完鈦液到溶液第一次沸騰所用的時(shí)間，這段時(shí)間就是水解反應(yīng)的誘導(dǎo)階段。在水解的其他條件保持不變時(shí)，升溫到沸騰所用的時(shí)間太長(zhǎng)即升溫速度太慢，水解反應(yīng)的速度就會(huì)太慢，誘導(dǎo)期形成晶核的數(shù)量減少，最后導(dǎo)致產(chǎn)物粒子分布不均勻，過慢的水解反應(yīng)速度形成的粒子也偏細(xì)，這些都加大了過濾水洗的難度；但升溫到沸騰所用的時(shí)間太短即升溫速度太快，溶液內(nèi)部溫度傳遞跟不上，存在溫度差，在誘導(dǎo)期形成的晶核，不能均勻的分散于整個(gè)水解體系中，破壞了水解反應(yīng)均勻性，最后影響

41、產(chǎn)物粒子的分布均勻性。所以，升溫的時(shí)間一般控制在20 min左右。攪拌速度 在熱水解過程中，必須通過攪拌才能使溶液的溫度和濃度均勻的分散，從而使最后的產(chǎn)物粒子粒度分布均勻。攪拌的速度過快，影響粒子的凝聚長(zhǎng)大，形成的偏鈦酸粒子偏細(xì)，影響過濾和水洗的速度；攪拌的速度過慢，又起不到傳熱和傳質(zhì)的作用，造成整個(gè)溶液溫度和濃度分布不均勻，這樣形成的產(chǎn)物粒子也不均勻，影響后序的過濾和水洗時(shí)間。稀釋水量 稀釋水是為了維持水解體系中的最終總鈦在一定濃度，稀釋水的加入可以提高水解率，稀釋水加量的多少影響著最終的總鈦濃度。在水解反應(yīng)后期，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，體系中游離酸的濃度越來越高，加入一定量的稀釋水起到降低酸濃度的

42、作用，有利于水解反應(yīng)向生成偏鈦酸的方向移動(dòng)，提高了水解率。稀釋水量過多，水解體系中最終鈦濃度太低，漿料中水分含量過多，延長(zhǎng)了過濾時(shí)間；稀釋水量過少，水解體系中最終的鈦濃度太高，酸濃度也高，降低了水解率，浪費(fèi)了原料。tolchev a v29運(yùn)用x衍射、化學(xué)分析、電子顯微鏡、熱重分析方法對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、晶相、粒度測(cè)定和化學(xué)組成表征，研究了水解溫度對(duì)產(chǎn)物粒子結(jié)構(gòu)的影響。sathyamoorthy s30運(yùn)用自己設(shè)計(jì)的攪拌裝置，發(fā)現(xiàn)改變攪拌速度，對(duì)初始聚集粒子、晶體數(shù)量和最終聚集粒子的大小有影響。當(dāng)攪拌速度為200 rpm時(shí)，粒子最大，為1.52 m；當(dāng)攪拌速度低于188 rpm時(shí)，粒子會(huì)在容器底部堆

43、積。郝琳31通過響應(yīng)面法，考察了攪拌速度、加料速率、加入時(shí)間、底水量四個(gè)操作條件對(duì)二氧化鈦水解過程中產(chǎn)物粒子的粒徑、過濾時(shí)間和水解率的影響，建立了相應(yīng)因子與操作條件的回歸關(guān)系模型，優(yōu)化了操作條件。tian c x32研究了自生晶種水解法中，操作條件的影響。得到優(yōu)化條件為：f值1.73-1.93，底水與硫酸氧鈦體積比0.28:1，加熱速率0.94-1.33/min，底水ph為中性。伍軍等人33-36則在超聲波對(duì)水解影響方面做了大量的研究。發(fā)現(xiàn)超聲波可以對(duì)硫酸氧鈦水解的晶核形成和生長(zhǎng)過程產(chǎn)生明顯的促進(jìn)作用。超聲場(chǎng)中，水解產(chǎn)物仍為銳鈦型二氧化鈦，但超聲空化產(chǎn)生的高溫高壓會(huì)引起晶粒細(xì)化和晶體的畸變，使

44、得二氧化鈦顆粒偏細(xì)。baldassari s37用微波照射的方法從水合tiocl2溶液中制備出了分布均勻的納米級(jí)金紅石型二氧化鈦。1.3.3 晶種的影響晶種的形成是水解的第一步，也是最關(guān)鍵的一步。我們常說的晶種，是10-20個(gè)直徑為2-5 nm的微晶體定向排列配位成的膠體顆粒，片狀結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度為45-90 nm，厚度約0.25 nm38。水解的條件不同，得到的晶種數(shù)量和質(zhì)量也不相同。晶種在鈦液水解過程中，可以加快水解的速度、縮減水解的時(shí)間、提高水解產(chǎn)率、控制水合二氧化鈦一次粒子的大小、影響水解過后的過濾洗滌時(shí)間和最終產(chǎn)品的遮蓋力、消色力等顏料性能。晶種的數(shù)量和活性，對(duì)鈦液水解有很大的影響39。晶

45、種的加入量，可以控制水解中水合tio2一次粒子的大小，在工業(yè)生產(chǎn)中，這是用來控制產(chǎn)品的粒徑大小、調(diào)節(jié)產(chǎn)品質(zhì)量的主要方法40。法浩然38研究發(fā)現(xiàn)晶種加量在1.0%左右時(shí)，產(chǎn)物的過來時(shí)間最短，過濾性能好。sathyamoorthy s41,42研究發(fā)現(xiàn)，在水解沉淀過程中，晶種可以起到加速的作用。最初的晶種約為4-5 nm，在這些晶種誘導(dǎo)作用下，水解形成一次聚集體粒子為60-100 nm，最后凝聚形成二次粒子即水解最終產(chǎn)物偏鈦酸粒子，大小為1-2 m。趙斌43等人研究用一種水溶性高分子pvp作保護(hù)劑，可以對(duì)水合二氧化鈦晶種進(jìn)行保護(hù)，使晶種的粒徑減小至數(shù)十納米，對(duì)水解率也有一定程度提高。1.3.4 雜

46、質(zhì)元素的影響在硫酸法生產(chǎn)二氧化鈦時(shí)，所采用的礦源一般包括天然的或合成的金紅石礦、鐵鈦礦和鈦礦渣。然而單一的礦源很難制備出合格的、滿足工業(yè)要求的鈦白粉，在加上技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的原因，通常都是幾種礦源配合后作為原料。這些原料成份復(fù)雜，它們含有的雜質(zhì)元素對(duì)硫酸氧鈦的水解和最終產(chǎn)品的性能都有影響。不同礦源中各成份含量見下表1.144。表1.1 不同礦源中各成份含量（英文）成份原料/wt%鐵鈦礦鈦礦渣金紅石礦tio251.872.096.0feo23.823.0fe2o316.00.70sio20.801.201.00al2o31.003.300.15mgo0.150.60mno1.500.02v2o50.2

47、00.50cr2o30.100.27這些礦源中主要存在的雜質(zhì)元素有鐵（）、鐵（）、硅、鋁、鎂，而硅在硫酸法生產(chǎn)鈦白的凈化過程中，幾乎可以完全除去。雖然經(jīng)過凈化和過濾，但其他幾種元素仍然有小部分含量留在鈦液中，這些元素不僅影響鈦液水解的進(jìn)行，而且影響水合二氧化鈦的純度。這些雜質(zhì)元素殘留在二氧化鈦膠粒內(nèi)部，除非煅燒否則無法通過水洗除去。它們不僅會(huì)影響鈦白粉的顏色，而且對(duì)產(chǎn)品的物理化學(xué)性能和光學(xué)性能產(chǎn)生影響45。鈦白粉中一些雜質(zhì)元素（如鐵、鉻、釩、鈷、銅、鉛等）即便含量很少，也會(huì)對(duì)其白度有明顯的影響。不僅僅是因?yàn)榛烊氲碾s質(zhì)本身顯色的影響，還有一些雜質(zhì)離子特別是重金屬離子，在生產(chǎn)中很難完全去除，它們?cè)?/p>

48、煅燒時(shí)，會(huì)進(jìn)入二氧化鈦晶格，使晶格扭曲或變形而使對(duì)稱性發(fā)生變化，使鈦白粉呈現(xiàn)色彩。陳朝華46報(bào)道了雜質(zhì)元素對(duì)鈦白粉白度的影響及清除的一些方法。各種雜質(zhì)元素對(duì)鈦白粉白度影響的極限值見表1.2。表1.2 各種雜質(zhì)元素影響鈦白粉白度的極限值(英文)氧化物相應(yīng)顏色極限值/(mg/kg)cr2o3棕帶微黃1.5coo灰?guī)ⅫS7ceo2黃15cuo灰?guī)ⅫS30fe2o3淺黃30mno灰30v2o5灰?guī)\藍(lán)70pbo灰1001.4 課題意義及研究?jī)?nèi)容目前，硫酸法鈦白生產(chǎn)工藝仍然在國(guó)內(nèi)占據(jù)主導(dǎo)地位。在硫酸法生產(chǎn)二氧化鈦的工藝過程中，鈦液的水解是最為關(guān)鍵的一步。生產(chǎn)顏料級(jí)的鈦白粉，對(duì)水解的要求是，水解得到的產(chǎn)物

49、粒子應(yīng)具有一定的粒徑和粒徑分布，這樣才有利于后序的過濾水洗，才能得到顏料性能好的產(chǎn)品。武漢方圓鈦白粉有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱方圓鈦白）在生產(chǎn)鈦白粉工藝中，存在著過濾水洗效率忽高忽低和最終產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，這與水解產(chǎn)物的粒徑和粒徑分布有密切的關(guān)系。針對(duì)這一現(xiàn)象，我們對(duì)水解過程分析發(fā)現(xiàn)，晶種的制備和鈦液中的雜質(zhì)元素對(duì)水解產(chǎn)物的粒徑有一定的影響。因此，優(yōu)化晶種的制備和考察雜質(zhì)元素對(duì)水解的影響，達(dá)到控制水解產(chǎn)物的粒徑及其粒徑分布，對(duì)于確保過濾水洗工序容易進(jìn)行，具有重要的實(shí)際意義。在晶種的制備方面，大多數(shù)學(xué)者集中在自生晶種的制備和傳統(tǒng)的外加晶種的制備上，對(duì)于廠里采用的“快速高活性晶種”制備法的研究并不深入

50、；而對(duì)水解過程影響因素的研究，也只是集中在鈦液本身質(zhì)量和水解條件這兩方面，很少有關(guān)于雜質(zhì)離子對(duì)水解過程影響的報(bào)道。所以本課題具有一定的研究意義。本文主要進(jìn)行的研究?jī)?nèi)容如下：（1）研究晶種制備對(duì)水解的影響。通過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化廠里高活性晶種的制備條件，考察預(yù)熱溫度、堿濃度對(duì)晶種活性變化和水解產(chǎn)物粒徑分布的影響，以及晶種活性和晶種加量對(duì)水解產(chǎn)物粒徑分布的影響，初步探討晶種對(duì)水解的影響機(jī)理。（2）通過改變不同雜質(zhì)元素在鈦液中的含量，考察雜質(zhì)元素對(duì)晶種活性變化和水解產(chǎn)物粒徑及粒徑分布的影響，并對(duì)其影響機(jī)理進(jìn)行探討。預(yù)期結(jié)果：（1）確定晶種制備過程中影響因素的優(yōu)化條件，以期制得的晶種使水解產(chǎn)物粒徑分布更均勻，達(dá)

51、到改善過濾效果的作用。（2）確定雜質(zhì)元素對(duì)水解過程中產(chǎn)物粒徑及粒徑分布的影響，為工廠鈦礦的配制提供有意義的參考數(shù)據(jù)。第二章 晶種的優(yōu)化制備2.1 關(guān)于晶種的研究現(xiàn)狀晶種的制備方法與兩種水解方法相對(duì)應(yīng)，總體來說可以分為自生晶種和外加晶種兩種方法。目前，大多數(shù)學(xué)者14,20對(duì)集中在對(duì)自生晶種制備的研究上。通過改變初始鈦液的加入量、加料速度和底水量來控制自生晶種制備的質(zhì)量。而對(duì)于外加晶種的制備，主要集中在傳統(tǒng)方法的研究。傳統(tǒng)的外加晶種的制備有兩種方法：第一種是取一定量的tio2含量為130-170 g/l清鈦液，用100 g/l左右的稀氫氧化鈉堿液，在攪拌條件下，緩慢地加入稀鈦液中，中和溫度保持不超

52、過45，控制中和終點(diǎn)的ph值為2-3，酸度系數(shù)0.26-0.30，tio2濃度50-60 g/l。然后在10 min內(nèi)升溫到60，保溫30 min，進(jìn)行酸溶熟化，生成藍(lán)色帶乳光的膠體晶種溶液，急速冷至室溫備用。第二種是將水解前的濃鈦液稀釋至30 g/l，在攪拌條件下用100 g/l的氫氧化鈉堿液中和，控制中和溫度在60-65，終點(diǎn)ph為3.3-3.7，tio2濃度18-22 g/l，然后急冷至30備用。該法的特點(diǎn)是中和時(shí)的溫度位于酸溶溫度區(qū)間，晶種的外觀渾濁不清，tio2濃度較低。該方法主要適用于，水解前鈦液要求濃度較高(215-230 g/l)的外加晶種水解法。龍小兵47,48研究了傳統(tǒng)方法

53、制備中外加晶種的ph和晶種加量對(duì)水解率的影響，發(fā)現(xiàn)晶種ph為3-4時(shí)，水解率最高，而晶種加量對(duì)水解率無明顯影響。李娟49和龍海云50都認(rèn)為過飽和度對(duì)晶核的形成和晶體的成長(zhǎng)快慢有很大的影響，這兩個(gè)過程的快慢又影響著水解產(chǎn)物的粒徑及粒徑分布。grzmil b51則探討了外加二氧化鈦晶核的種類和數(shù)量對(duì)硫酸氧鈦溶液水解的影響。發(fā)現(xiàn)經(jīng)過熱處理干燥的銳鈦型晶種和金紅石型晶種具有熱力學(xué)穩(wěn)定性，銳鈦型晶種在經(jīng)過60-100煅燒，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-10%時(shí)，會(huì)增加水解速率并提高最終水解轉(zhuǎn)化率，金紅石型晶種加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-5%時(shí)也有同樣的影響。目前，大多廠里面實(shí)際采用的是一種“快速高活性晶種”52,53。將一定

54、濃度和溫度的鈦液快速加入到經(jīng)過預(yù)熱的氫氧化鈉堿液中，然后快速升到一定溫度保溫熟化，測(cè)其活性變化，達(dá)到要求后加入水解體系進(jìn)行水解。這種方法制得的晶種活性高，質(zhì)量好，與傳統(tǒng)方法相比，水解產(chǎn)物的粒徑更均勻，有利于后序的過濾水洗。而對(duì)于這種高活性晶種制備條件優(yōu)化的報(bào)道并不多見。影響過濾洗滌速度的因素很多，其中水解產(chǎn)物質(zhì)量對(duì)它的影響最大。水解產(chǎn)物水合二氧化鈦粒子的大小和均勻程度決定了其后的過濾和水洗效率。水解產(chǎn)物粒子過小，容易堵塞濾布，形成的濾餅致密，水洗時(shí)間延長(zhǎng)，增加水洗難度。水解產(chǎn)物粒子過大，形成的濾餅酥松，易造成小粒子跑濾，水解率降低，浪費(fèi)原料。產(chǎn)物粒子分布均勻、大小合適，會(huì)使過濾洗滌效率得到提高。二氧化鈦的水解過程分為高活性晶種的制備和晶種加入酸解液誘導(dǎo)水解進(jìn)行。水解產(chǎn)物粒子的大小和均勻程度取決于制備的晶種的質(zhì)量和水解過程中水解條件的控制。晶種質(zhì)量好，晶