钛白粉颜料的合成方法与加工方法流程

工业生产高质量钛白粉颜料主要有两种合成方法：1916年首次使用的硫酸法钛白粉生产加工方法和1960年达到生产成熟的 氯化法钛白粉生产工艺，这两种钛白粉颜料生产方法的任务都是从大部分黑色或灰色的含钛原料（硫酸法中的钛铁矿或钛渣；氯化法中的天然或合成金红石）开始生产纯白色TiO2二氧化钛。必须达到指定的参数，如平均粒径、粒径分布、颗粒形状和晶体结构（金红石、锐钛矿），这取决于预期的应用。

在硫酸盐法中，将钛铁矿或钛渣溶解在热浓硫酸中：
FeTiO3+2H2SO4→TiOSO4+FeSO4+2H2O.

在随后的冷却过程中，硫酸亚铁（绿盐）会结晶出来，并可以从生成的硫酸溶液中分离出来，各种过渡金属离子分离后，得到无色的硫酸钛溶液，加水水解：
$${\text{TiOSO}}_{{4}} + \left( {x + {1}} \right){\text{H}}_{{2}} {\text{O}} \to {\text{TiO}}_{{2}} \cdot x{\text{H}}_{{2}} {\text{O}} + {\text{H}}_{{2}} {\text{SO}}_{{4}} .$$

形成水合二氧化钛沉淀物，经过过滤、洗涤、干燥后，在800-1000℃下煅烧：
TiO2⋅xH2O→TiO2+xH2O.

在此步骤之后，所获得的粗二氧化钛颗粒的粒度特性通过研磨过程进行调整，以这种方式合成的 钛白粉颜料通常通过特定的表面处理(后处理)来稳定紫外线辐射。与锐钛矿相比，金红石是更稳定的二氧化钛TiO2改性物，但其紫外线活性也较低。这种处理的另一个方面是颜料的应用性能的改善，特别是关于它们与粘合剂体系的相容性。表面处理主要是使用一层薄薄的无色层(通常由SiO2, Al2O3和/或ZrO2组成，但也有有机成分)，通过湿化学方法将其涂在TiO2二氧化钛颗粒上，使其完全覆盖在表面上。此外，通过在合成过程中将合适的离子掺入二氧化钛的晶格中，可以实现钛白粉的内在稳定。硫酸盐法生产的钛白粉颜料通常由金红石或锐钛矿混合物组成。通过选择合适的反应参数(煅烧温度和掺杂剂)，可以得到纯金红石或锐钛矿颜料。

在氯化法过程中，天然或合成重污染金红石在800-1200℃与氯气和焦炭发生反应(不含部分反应的方程式)：
TiO2+2Cl2+2C→TiCl4+2CO

所得的四氯化钛通过蒸馏从固体氯化物中分离出来。随后，得到的非常纯的TiCl4在1000℃以上的条件下与氧反应，生成颜料粉末形式的TiO2：
TiCl4+O2→TiO2+2Cl2.

通过氯化加工方法生产的钛白粉颜料也可以在本质上或通过表面处理实现部分稳定，与硫酸盐法相似，金红石与锐钛矿的比例也受选择合适的反应参数的影响。

对于钛白粉颜料的外部应用，特别是在汽车涂料领域具有重要的实际意义，稳定的氯化法金红石型钛白粉几乎完全被使用，在着色涂料中额外使用吸收紫外线的物质有助于确保含二氧化钛的涂料轻松实现所需的长使用寿命。