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1、硫酸法钛白粉的生产钛液的水解一、钛液水解的目的及工业上对水解的要求 钛液的水解是使二氧化钛组分从液相的钛液转变为固相的偏钛酸，从而与母液中的可溶 性杂质分离，以提取纯净的二氧化钛。钛液的水解在硫酸法钛白粉生产过程中，是一个极其重要的工序。水解的好坏，不仅影 响到工业生产的经济性，而且对最终产品的质量也影响很大。工业上对水解有下列三点要求。 水解率要高。即液相中的二氧化铁组分转变为固相的二氧化钛组分的百分率要大，在 不影响成品的性能和质量的情况下，水解率越高，经济效益就越好。 水解所得的偏钛酸，必须是具有一定大小而均匀的粒子，组成要恒定，同时要易于过 滤和洗涤。 工艺条件要成熟，要易于控制，水解
2、产物的质量要稳定，设备要简单，要适应工业生 产的需要。二、盐类的水解的定义及哪些盐类能水解在溶液中盐的离子跟水所电离出来的H+离子或0H-离子生成弱电解质的反应，称为盐 类的水解。盐+水鴛酸+碱盐类水解生成了酸和碱。反过来，酸和碱进行中和反应，也生成盐和水。也就是说，盐 类的水解反应是酸碱中和反应的逆反应。强酸与弱碱所生成的盐、强碱与弱酸所生成的盐以及弱酸与弱碱所生成的盐都能发生水 解反应。这三种盐类之所以能发生水解反应，其基本原因就在于组成这些盐的离子能跟水电 离出来的H+或OH-结合形成弱电解质。生成的弱电解质包括能生成气体或沉淀和难电离物 质（如水）。1. 强酸与弱碱所生成盐的水解氯化铵
3、是由强酸（盐酸）和弱碱（氨水）中和生成的盐，它在水溶液里的水解过程如下：NHCI-NH/ 十CL屣円20在这里，由于NH4+跟水里的OH-结合生成了难电离的NHH0,所以能发生水解反应。随着溶液里0H-减少，H+浓度会增大，结果H+浓度大于OH-浓度，而使溶液显酸性。这一反应也可以用离子方程式来表示：NHf+ H;O =NH3 * HJ)+H2. 强碱与弱酸所生成盐的水解乙酸钠是由强碱（氢氧化钠）和弱酸（乙酸）所生成的盐，它在水溶液里的水解过程如下：NaAc=AcH2=H+ +0HL在这里，由于Ac-跟水里的H+结合生成了难电离的乙酸，所以能发生水解。随着溶液里H+减少，OH-浓度会增大，结果
4、OH-浓度大于H+浓度，使溶液显碱性。这一反应也可以用离子方程式来表示：3. 弱酸与弱碱所生成盐的水解乙酸铵是由弱酸（乙酸）和弱碱（氨水）所生成的盐，它在水里的水解过程表示如下在这里，由于Ac-跟H+生成了难电离的乙酸；NH+跟0H-又生成了难电离的氨水，所以能4发生水解。至于这类盐水解后溶液显酸性还是显碱性，则要取决于所生成的乙酸和氨水的电 离常数的相对大小。如果弱酸的电离常数大，那么溶液显酸性；如果弱碱的电离常数大，那 么溶液显碱性；如果两者的电离常数相等，那么溶液显中性。乙酸和氨水的电离常数分别是 1.75*10-5和 1.77*10-5，基本相等，所以乙酸铵的水溶液呈中性。一、钛液水解
5、的目的及工业上对水解的要求钛液的水解是使二氧化钛组分从液相的钛液转变为固相的偏钛酸，从而与母液中的可溶 性杂质分离，以提取纯净的二氧化钛。钛液的水解在硫酸法钛白粉生产过程中，是一个极其重要的工序。水解的好坏，不仅影 响到工业生产的经济性，而且对最终产品的质量也影响很大。工业上对水解有下列三点要求。 水解率要高。即液相中的二氧化铁组分转变为固相的二氧化钛组分的百分率要大，在 不影响成品的性能和质量的情况下，水解率越高，经济效益就越好。 水解所得的偏钛酸，必须是具有一定大小而均匀的粒子，组成要恒定，同时要易于过 滤和洗涤。 工艺条件要成熟，要易于控制，水解产物的质量要稳定，设备要简单，要适应工业生
6、产的需要。二、盐类的水解的定义及哪些盐类能水解在溶液中盐的离子跟水所电离出来的H+离子或0H-离子生成弱电解质的反应，称为盐 类的水解。盐+水裟酸十减盐类水解生成了酸和碱。反过来，酸和碱进行中和反应，也生成盐和水。也就是说，盐 类的水解反应是酸碱中和反应的逆反应。强酸与弱碱所生成的盐、强碱与弱酸所生成的盐以及弱酸与弱碱所生成的盐都能发生水 解反应。这三种盐类之所以能发生水解反应，其基本原因就在于组成这些盐的离子能跟水电 离出来的H+或OH-结合形成弱电解质。生成的弱电解质包括能生成气体或沉淀和难电离物 质（如水）。1. 强酸与弱碱所生成盐的水解 氯化铵是由强酸（盐酸）和弱碱（氨水）中和生成的盐
7、，它在水溶液里的水解过程如下：OH 亠+ H 十Inh3 h2o在这里，由于NH4+跟水里的0H-结合生成了难电离的NHH0,所以能发生水解反应。随 着溶液里0H-减少，H+浓度会增大，结果H+浓度大于0H-浓度，而使溶液显酸性。这一反应 也可以用离子方程式来表示：2. 强碱与弱酸所生成盐的水解 乙酸钠是由强碱（氢氧化钠）和弱酸（乙酸）所生成的盐，它在水溶液里的水解过程如下：H20 ；=H+OHIIHAt在这里，由于Ac-跟水里的H+结合生成了难电离的乙酸，所以能发生水解。随着溶液里 H+减少，0H-浓度会增大，结果0H-浓度大于H+浓度，使溶液显碱性。这一反应也可以用离 子方程式来表示：Ac
8、- + H2）HAc + OH-3. 弱酸与弱碱所生成盐的水解乙酸铵是由弱酸（乙酸）和弱碱（氨水）所生成的盐，它在水里的水解过程表示如下：NHAu=Ac- H*HAc NH3 * HjO在这里，由于Ac-跟H+生成了难电离的乙酸；NH+跟0H-又生成了难电离的氨水，所以能4发生水解。至于这类盐水解后溶液显酸性还是显碱性，则要取决于所生成的乙酸和氨水的电 离常数的相对大小。如果弱酸的电离常数大，那么溶液显酸性；如果弱碱的电离常数大，那 么溶液显碱性；如果两者的电离常数相等，那么溶液显中性。乙酸和氨水的电离常数分别是 1.75*10-5和 1.77*10-5，基本相等，所以乙酸铵的水溶液呈中性。其
9、离子方程式如下：七、水解的各种方法及其利弊水解的方法可以从以下三方面分类。1. 以晶种产生的形式分类可分为自生晶种稀释法和外加晶种法两种。前一种方法是将浓 钛液加到沸水中去稀释而产生晶核，再进行水解。这种方法水解时间偏长，但可采用大设备， 并能减少外来杂质的不良影响，保证颜料钛白粉的性能；后一种方法是在钛液中先加人预先 制好的晶种，再进行水解，这种方法较简单，容易控制，但沉淀物颜料性能较差。2. 以水解压力分类，可分为加压法和常压法两种。加压法是使整个水解罐密封，让其在大于latm（latm=101325Pa）的压力下进行水解，这种方法可以控制较高的水解温度， 因而水解速度快，时间短，水解生成
10、的偏钛酸粒度较细，产品消色力较好，水解不用添加稀 释水，废酸浓度高，便于回收利用。但是得到的偏钛酸粒子不均匀，一致性差，过滤洗涤难， 滤洗周期长，产量不高，而且不易洗净，使产品白度差。其设备较复杂，容易损坏漏气，检 修较困难，水解锅无法做得太大，一般只有2-5m3的容积，也影响产量的提高。同时水解率 不高。而常压法是在热水解时加料口敞开，让其在latm下进行水解。常压法水解具有下列 四大优点。 常压法水解锅可以大到几十立方米，甚至一百多立方米。我国引进技术的容积为 120m3o 一锅就相当于加压水解的20锅左右；常压水解制备的钛液要求铁钛比较高，钛液中 允许含硫酸亚铁较高，这样可以加快冷冻；水
11、解生成的偏钛酸粒子均匀、圆滑，在滤饼中保 持较大的孔隙率，洗水易于通过滤层而将杂质带走，可以加快水洗和锻烧，从而可以提高产 量。 常压法水解生成的偏钛酸粒子均匀、圆滑，一致性好，粒度分布范围窄，抗干扰能力 强，使产品的白度、消色力和分散性都有较大的提高，从而可以提高钛白粉的质量。 常压水解的钛液要求F值偏低，可以节约酸解的硫酸；钛液铁钛比提高0.08，冷冻温 度提高10C左右，可以缩短冷冻时间，节约能源，冷冻液可用水代替盐水，可以降低冷冻 成本；水解量加大，可以节约煤；水洗时间缩短，可以节约水、电；煅烧加快，可以节约柴 油（或煤气）；设备损耗降低，冷冻、水解、水洗加快，可以节约动力费用，特别是
12、可以节 省价格昂贵的搪瓷高压锅；若采用自生晶种，除了可以缩短水解时间和水洗时间并提高产量 和质量外，还可以提高水解率和回收率，可以减少制晶种工序，减少制晶种的人工、设备、 烧碱和升温用的蒸汽、降温用的冷冻液等。总之可以大大降低生产成本，再加上可以提高产 量和质量，则其经济效益会显著提高。 常压水解设备简单，不用密封，操作、维修容易，工作量少，可以减轻劳动强度，同 时其安全性好，完全可以避免事故的发生。正因为常压法水解比加压法水解具有较多的优点，以至于近年来绝大部分厂家都淘汰了 加压法水解而改用常压法水解。3. 以加热方式分类，可分为直接蒸汽加热法、间接蒸汽加热法和混合加热法三种。直接 蒸汽加热
13、法是将一定压力的蒸汽直接通人到钛液内部进行加热水解，这种方法设备简单，热 利用率高，水解速度快，水解率高。但所制得的钛白粉其颜料性能较差。这是因为水解反应 发生前的蒸汽冷凝水会降低钛液的浓度，同时在蒸汽加热管出口处，因高温和强烈冲击作用 会使钛液产生不规则的结晶中心，以至于产品颜料性能下降，所以以前只能用于非颜料钛白 粉生产的水解，但是近年来加以改进，应用于颜料级钛白粉的钛液水解，其效果也不错；间 接蒸汽加热法是利用蛇形管或夹套导人蒸汽传热进行水解，这种方法比较好，加热易于控制， 所以为工业生产广泛采用；混合加热法是既有直接蒸汽加热法，也有间接蒸汽加热法，根据 水解不同阶段的要求而分别进行控制
14、。例如，有些厂家的常压水解，前期用间接蒸汽加热钛 液，后期用直接蒸汽加热水解。八、生产锐钛型颜料钛白粉时，对水解钛液的质量要求 水解钛液的组成和质量对偏钛酸的纯度、微晶体的结构和胶粒的大小以及对产品的质量 都影响很大，因此钛液必须达到规定指标的要求(见表1)。表 1 水解钛液质量要求指标名称加压水解常压水解颜料级非颜料级总 Ti02含量/ (g/L)2005215230120150F值1.82.11.751.951.71.9铁钛比0.200.250.280.330.460.81三价钛含量/ (g/L)251313稳定性三500三400三350澄清度合格合格合格九、钛液的稳定性和澄清度对水解和产
15、品质量的影响钛液在贮存过程中，会有陈化作用而逐渐析出胶体的倾向，在稳定性差的钛液中，水解前本身已产生了某些胶体物质，这些胶质存在于钛液中，在水解时成了不良的结晶中心，使得到的偏钛酸粒子不均匀，并且容易吸附较多的杂质，不但使偏钛酸水洗时间延长，而且在 锻烧时得到的钛白粉粒子容易烧结，使最终的钛白粉其白度、消色力和分散性都会显著下降。钛液的澄清度不好，说明钛液中存在胶体物质或固体悬浮杂质。这些物质的存在，将会 带到水解中去成为不良的结晶中心，最终也会影响到产品的白度、消色力和分散性能。十、钛液浓度的大小对水解和产品质量的影响钛液浓度低（如Ti02浓度150g/L），水解得到的偏钛酸，锻烧后转化为粗分散型二氧 化钛，其颜料性能极差。非颜料钛液浓度低，生产出来的产品作不了颜料钛白粉，原因就在 于此。从图1可知，随着Ti02浓度的提高，消色力也提高。但是提高Ti02浓度，会减慢水 解的速度，使开始水解的时间延长（见图2），水解率会下降（见图3）。当Ti02浓度200g/L 时，浓度的提高对产品消色力的影响已不明显，还会使偏钛酸洗涤速度减慢。因此在选择钛 液的浓度时，既要满足产品的质量要求，也要考虑到水解率的提高和钛液浓缩的经济合理
