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鈦液水解合成二氧化鈦的原理

來源:鈦板,鈦棒,鈦管,鈦絲,鈦設備,鈦合金,鈦材 發布時間:2015-6-6 11:10:50
液水解所生成的水合二氧化鈦中的H2O和SO3,不是以化合狀態與二氧化鈦化學結合在一起的,而是以一種非常牢固的吸附作用而結合在一起,用水洗滌的方法很難全部除干凈,工業上可以采取加熱煅燒的辦法,一般SO3在700℃時即可除掉。水合二氧化鈦膠體具有很大的表面積,利用水合二氧化鈦的這種強烈地吸附作用,有人曾用偏鈦酸來吸附海水中的鈾,或用它吸附金屬雜質離子的能力來凈化其他溶液,如在鈦白粉生產中就可以用偏鈦酸來吸附硫酸鋁溶液中的鐵,用它凈化后的硫酸鋁溶液用于二氧化鈦的表面處理。由于氫氧化鈦具有兩性特征,且偏酸性,故可稱為鈦酸,其中Ti(OH)4稱為a鈦酸或正鈦酸;TiO(OH)2則稱為β鈦酸或偏鈦酸,通常人們為了記憶和書寫的方便,習慣上總把水合二氧化鈦稱為偏鈦酸,并書寫成H2TiO3。
 
水合二氧化鈦的分子式可以寫成TiO2·H2O或H2TiO3、TiO(OH)2,也稱氫氧化鈦或偏鈦酸。水合二氧化鈦的制造是硫酸法鈦白粉生產工藝的核心部分,也是整個工藝控制最苛刻的地方之一。它是把黑色鈦的硫酸鹽溶液(鈦液)、通過加熱水解,從母液中析出白色水合二氧化鈦的沉淀,從而與母液中其他可溶性金屬雜質離子分離,以利進一步提純二氧化鈦。水解產物的質量好壞,不僅影響后工序的正常操作,而且直接影響最終產品的質量,往往會造成無法補救的質量損失。在生產顏料級鈦白粉時,對水解的要求,首先是水解產物必須是具有一定粒子大小、粒子分布均勻、易于過濾和洗滌的水合二氧化沉淀,其次才是希望有較高的水解率、設備簡單、操作方便等技術經濟指標,因為水合二氧化鈦的粒子性質直接決定了二氧化鈦的光學性能和顏料性質。因此有人干脆把鈦的硫酸鹽溶液的水解過程稱為水合二氧化鈦粒子的制備過程是有一定道理的。
 
鈦液的水解機理十分復雜,其化學反應式可以簡單規納如下:
(1)Ti(SO4)2+H2O→TiOSO4+H2SO4
(2)TiOSO4+2H2O→H2TiO3↓+H2SO4
 
上述化學反應式中(1)式幾乎不存在或存在很少,因為當工業生產中的鈦液F值小于2.45時,溶液中應該以TiOSO4為主。從理論上來講只有不含游離酸的中性水溶液中,TiOSO4才會全部水解生成H2TiO3,而實際上不僅鈦液中含有大量游離酸,并且在水解過程中還會釋放出游離酸,因此鈦液的水解產物不僅是H2TiO3,還有TiOSO4。如果把TiOSO4用TiO2·SO3來表示,把H2TiO3用TiO2·H2O來表示,液水解的產物實際上是一系列含水并呀附一定量SO3二氧化鈦膠體凝聚物,其分子式應為TiO2·xH2O·ySO3,因此正確的名稱應是水合二氧化鈦,其中TiO2、H2O、SO3之間的關系,即x和y的數值要視水解條件、溶液中F值的高低而不同。
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