二氧化鈦發展應用及工藝技術(已修改)

　

【正文】 二氧化鈦發展應用及工藝一、二氧化鈦性質及應用…………………………………………………………………………………………………… 3…………………………………………………………………………………………………………. 3……………………………………………………………………………………………………………..4……………………………………………………………………………………………………………..6 ……………………………………………………………………………………………………………..8………………………………………………………………………………………………………….. 13…………………………………………………………………………………………………. 17………………………………………………………………………………………….. 17…………………………………………………………………………………………………………17…………………………………………………………………………………………………………20………………………………………………………………………………………………………. 21………………………………………………………………………………………………………. 23………………………………………………………………………………………………. 23………………………………………………………………………………………………………24…………………………………………………………………………………………………….25…………………………………………………………………………………………………………25……………………………………………………………………………………………………….25………………………………………………………………………………………………………26……………………………………………………………………………….26……………………………………………………………………………………………………….26…………………………………………………………………………………………………….26…………………………………………………………………………………………………27………………………………………………………………………………………………..27………………………………………………………………………………………………………28………………………………………………………………………………………………………28二、鈦白粉的發展……………………………………………………………………………………………………28………………………………………………………………………………………..28………………………………………………………………………………………………..29………………………………………………………………………………….29…………………………………………………………………………………………………31三、工藝介紹………………………………………………………………………………………………………………..35………………………………………………………………………………………………………………. 38…………………………………………………………………………………………41二氧化鈦應用調研一、二氧化鈦性質及應用 二氧化鈦在自然界有三種結晶形態：金紅石型、銳鈦型和板鈦型。板鈦型屬斜方晶系，是不穩定的晶型，在650℃以上即轉化成金紅石型，因此在工業上沒有實用價值。銳鈦型在常溫下是穩定的，但在高溫下要向金紅石型轉化。其轉化強度視制造方法及煅燒過程中是否加有抑制或促進劑等條件有關。一般認為在165℃以下幾乎不進行晶型轉化，超過730℃時轉化得很快。金紅石型是二氧化鈦最穩定的結晶形態，結構致密，與銳鈦型相比有較高的硬度、密度、介電常數與折光率。金紅石型和銳鈦型都屬于四方晶系，但具有不同的晶格，因而X射線圖象也不同，176。，176。金紅石型的晶體細長，呈棱形，通常是孿晶；而銳鈦型一般近似規則的八面體。金紅石型比起銳鈦型來說，由于其單位晶格由兩個二氧化鈦分子組成而銳鈦型卻是由四個二氧化鈦分子組成，故其單位晶格較小且緊密，所以具有較大的穩定性和相對密度，因此具有較高的折射率和和介電常數及較低的熱傳導性。二氧化鈦的三種同分異構體中只有金紅石型最穩定，也只有金紅石型可通過熱轉換獲得。天然板鈦礦在650℃以上即轉換為金紅石型，銳鈦礦在915℃左右也能轉變呈金紅石型。二氧化鈦的相對密度隨其結晶形態、粒徑大小、化學組分、特別是與表面處理量大小有關，在制造過程中，隨煅燒溫度的提高和煅燒時間的延長而增長。在常用的白色顏料中，二氧化鈦的相對密度最小，同等質量的白色顏料，二氧化鈦的表面積最大，顏料體積最高。～，～。由于銳鈦型和板鈦型二氧化鈦在高溫下都會轉變成金紅石型，因此它們的熔點和沸點實際上是不存在的。金紅石型二氧化鈦的熔點數值各資料記載不一致，一般認為在1800~1875℃，有資料介紹在空氣中的熔點為1830177。15℃，而在富氧中的熔點為1879177。15℃，熔點與二氧化鈦的純度有關。金紅石型二氧化鈦的沸點為（3200177。300）K。由于二氧化鈦的介電常數較高，因此具有優良的電學性能。在外電場的作用下，其離子之間相互作用，形成了極強的局部內電場。在這個內電場的作用下，離子外層電子軌道發生了強烈變形，離子本身也隨之發生了很大位移。二氧化鈦晶型所含微量雜質等都對介電常數影響很大。金紅石型的介電常數隨二氧化鈦晶體的方向而不同：當與C軸相平行時，測得其介電常數180；呈直角時為90；其粉末平均值為114。銳鈦型二氧化鈦的介電常數只有48。二氧化鈦具有半導體的性能，其電導率隨溫度的上升而迅速增加，而且對缺氧也非常敏感。如金紅石型二氧化鈦在20℃時還是絕緣體，但加熱到420℃時電導率增加了107倍；按化學計量組成的二氧化鈦（TiO2）電導率＜1010s/m，而當二氧化鈦失去少量氧時如TiO2的電導率卻有101s/m。電子工業常利用金紅石型二氧化鈦的介電常數和半導體性質來生產陶瓷電容器等電子元器件。若以10分制標度的莫氏硬度計時(它的數值僅表示各種晶體硬度的級別并不表示其真實比值)，～，金紅石型二氧化鈦為6～7。硬度與二氧化鈦的晶型結構有關，在生產中與產品的純度和煅燒溫度有關，溫度高容易燒結，硬度也隨之增高。正是由于金紅石型二氧化鈦的硬度高，難粉碎因而對噴絲孔的磨損率較高，對輥筒的磨損也較大，所以不適用于化學纖維消光和照相凹板印刷。二氧化鈦雖具有親水性，但吸濕性不太強，銳鈦型的吸濕性比金紅石型大一些。二氧化鈦的吸濕性與其表面處理時的處理劑性質有關，也與其比表面積的大小有一定的關系，比表面積大的吸濕性也略高。二氧化鈦屬于熱穩定性的化合物，在真空下強熱時會有輕微的失氧現象，并伴隨顯出暗藍色，該反應是可逆的，冷卻后會恢復到原來的白色。二氧化鈦無毒，化學性質很穩定，常溫下幾乎不與其他物質發生反應，是一種偏酸性的兩性氧化物。與氧、硫化氫、二氧化硫、二氧化碳和氨都不起反應，也不溶于水、脂肪酸和其他有機酸及弱無機酸，微溶于堿和熱硝酸，只有在長時間煮沸條件下才能完全溶于濃硫酸和氫氟酸。其反應方程式如下： TiO2 + 6HF = H2TiF6 + 2H2O TiO2+ 2H2SO4 = Ti(SO4)2 + 2H2O TiO2+ H2SO4 = TiOSO4 + H2O其溶解速度與水合二氧化鈦的煅燒溫度有關，煅燒溫度越高溶解速度越慢。為了加速溶解，可在硫酸中加入硫酸銨、堿金屬硫酸鹽或過氧化氫。這是因為硫酸銨等的加入，使硫酸的沸點增高，加速了二氧化鈦的溶解。與酸式硫酸鹽（如硫酸氫鉀）或焦硫酸鹽（如焦硫酸鉀）共熔，可轉變微可溶性的硫酸氧鈦或硫酸鈦： TiO2+ 2KHSO4 = TiOSO4 +K2SO4 + H2O TiO2+ 4K2S2O7 = Ti(SO4)2 +4K2SO4 + 2SO3能熔于堿，與強堿（氫氧化鈉、氫氧化鉀）或堿金屬碳酸鹽（碳酸鈉、碳酸鉀）熔融，可轉化為可溶于酸的鈦酸鹽： TiO2 + 4NaOH = Na4TiO4 + 2H2O在高溫下，如有還原劑（碳、淀粉、石油焦）存在，二氧化鈦能被氯氣氯化成四氯化鈦，其反應方程式如下：TiO2 +2C +2Cl2 = TiCl4 + 2CO這個反應就是氯化法生產鈦白粉的理論基礎，但是此反應若無還原劑混配，即使在1800℃下，也不會與氯氣發生氯化反應。同樣二氧化鈦與氯化硫蒸汽共熱，或與COClCClSiClPOCl3等作用，也能被氯化成四氯化鈦。二氧化鈦在高溫下可被氫、鈉、鎂、鋁、鋅、鈣及某些變價元素的化合物還原成低價鈦的化合物，但很難還原成金屬鈦。如將干燥的氫氣通入赤熱的二氧化鈦，可得到Ti2O3；在2000℃、也只能獲得TiO，但是若將金紅石型鈦白粉噴入等離子室中，則可與氫氣反應而被還原成金屬鈦。反應方程式如下： 2TiO2 + H2 = Ti2O3 + H2O TiO2 + H2 = TiO+ H2O TiO2 + 2H2 = Ti + 2H2O懸浮在某些有機介質中的二氧化鈦，在光和空氣的作用下，可循環地被還原與氧化而導致介質的被氧化，這種光化學活性，在紫外線照射下銳鈦型鈦白粉尤為明顯。這一性質使二氧化鈦成為某些反應的有效催化劑，它既是某些無機化合物的光致氧化催化劑，又是某些有機化合物的光致還原催化劑。折