钛白粉生产技术

钛白粉是一种重要的无机化工颜料，主要成分为二氧化钛（TiO2）。钛白粉产品广泛用于涂料、塑料、造纸、化纤、橡胶乃至食品等各种生活及生产领域。从服装鞋帽的化纤钛白粉、各类食品与药品中的食品级钛白粉，到楼堂馆所、高楼大厦、运输工具，甚至航母、军舰及火箭、导弹的装饰与保护，均有钛白粉缤纷靓丽的“身影”。因此，钛白粉在“衣、食、住、行”各个领域无处不在；它是人工色彩的基石，装饰与保护人工制品的“伴侣”，更是人们“半精神、半物质”的视觉“营养品”。有行业友人说，钛白粉是工业的“味精”，笔者不敢苟同，其褒义不够；愚见以为，称之为工业的“食盐”更加形象贴切。至2018年，全球钛白粉年用量750余万吨，市场价值近250亿美元。
1790年，英国牧师和业余矿物学者威廉·格雷戈尔（William Gregor）发现了钛元素。自1916年开始工业化生产钛白粉颜料，钛白粉生产技术已历经100余年的发展。生产技术方法从硫酸法到氯化法，再到为满足化学工业绿色可持续发展的需求而发展起来的新技术和新方法；产品从最早的混合颜料到性能更好的锐钛型钛白粉，再到折射率无与伦比的金红石钛白粉，钛白粉生产技术始终在不断完善与更新，产品也在不断进步。中国钛白粉生产，以1952年广州钛白粉厂和上海钛白粉厂进行钛白粉的研究起步，后原化工部天津化工研究院又开展了金红石和化纤钛白粉生产研究，至今已历时近70年。经过了前50年艰难的生产技术跋涉及之后20年的飞速创新发展，产量现雄踞世界第一，有大量产品出口，形成中、美、欧三大生产市场格局。为总结行业发展成果，笔者将在钛白粉生产技术上的研究成果、对国内外钛白粉先进技术的学习心得体会和一些创新工作中的实践进行积累，整理编写了《钛白粉生产技术》一书。
全书共分八章。第一章为绪论，介绍了钛白粉的性质、用途和商业生产方法等；第二章为全球钛白粉生产概况；第三章为钛白粉生产原料；第四章为硫酸法钛白粉生产技术；第五章为氯化法钛白粉生产技术；第六章为钛白粉生产后处理技术；第七章为钛白粉产品标准与质量规格；第八章为钛白粉生产绿色可持续发展技术。全面介绍了钛白粉的生产技术。
借此书出版之际，首先感谢四川大学李大成教授、博士生导师周大利教授及刘恒教授；感谢周大利教授在百忙之中挤出时间为本书作序，感谢三位教授对笔者从事钛白粉研究工作几十年的无私支持与鼓励。其次，感谢宁波新福钛白粉有限公司董事长陆祥芳先生对此书出版的热情赞助及对我工作上始终如一的支持；我们不仅要分享世界产品市场，更要分享世界技术市场。第三，感谢精研德国精湛工业技术、获取多项德国专利并改写高效低能气流磨德国工业标准的北京瑞驰拓维科技有限公司董事长冯平仓博士为此书作序。冯博士在20年前我俩相识时赠送我一台价值不菲的德国造试验砂磨机，为钛白粉生产灵魂技术之一的“分散与解聚”科研试验工作增色不少。第四，感谢我带领团队的每一位成员，感恩我们一起在技术上走过的万水千山、迈过的艰难险阻，完成的一个又一个钛白粉生产装置改造与建设项目，感谢他们对此书出版的贡献。第五，还要感谢在我从事钛白粉生产技术的研究实践活动中，与我们协同配合相互支持过的各钛白粉生产相关企业的科技人员与生产管理人员，感谢所有支持我从事钛白粉生产技术研究开发的国内外科学家、工程师、同志们和朋友们。最后，感谢我的家人在我一生的学习、研究和工作中给予的无微不至的照顾与亲情上的厚爱和支持。
书中技术观点如有相悖，欢迎讨论；不当之处，敬请不吝批评指正。

龚家竹
2021年12月于成都

本书结合作者多年来在钛白粉生产领域的技术研究开发工作与生产实践活动，全面介绍了钛白粉的生产技术，重点阐述了钛白粉的性质与用途、全球生产市场与技术概况、生产原料的来源与加工、硫酸法和氯化法钛白粉生产技术、全球产品标准与控制方法及绿色可持续发展的钛白粉生产耦合资源加工技术等。
本书可供从事钛白粉生产与使用钛白粉的涂料、塑料、油墨及造纸等生产领域的工程技术、科研设计、管理与市场营销人员阅读，也可供无机化工等相关专业的师生参考。

第一章 绪论  001
第一节 钛白粉简介  001
一、钛元素的发现  001
二、钛元素资源产品在国民经济中的作用  002
第二节 钛白粉的性质  008
一、物理性质  008
二、化学性质  011
三、光学性质  012
第三节 钛白粉的产品用途  020
一、涂料用途  021
二、塑料用途  023
三、造纸用途  024
四、油墨用途  026
五、化纤用途  026
六、日化、食品及医药用途  026
第四节 钛白粉的商业生产方法  026
一、钛白粉商业生产方法简况  026
二、硫酸法  029
三、氯化法  030
四、其他生产方法  032
参考文献  037

第二章 全球钛白粉生产概况  039
第一节 钛白粉生产与生产技术回顾  039
一、国际钛白粉生产发展概况  039
二、国内钛白粉生产技术发展概况  042
第二节 全球钛白粉生产量与消费量  045
一、全球钛白粉生产量与区域分布  045
二、国内钛白粉生产量与区域分布  046
三、全球钛白粉生产方法产量与发展趋势  048
第三节 全球钛白粉主要生产商  048
一、科穆（Chemours）  050
二、特诺（Tronox）  051
三、泛能拓（Venator）  052
四、龙蟒佰利联（Lomon-Billion）  053
五、康诺斯（Kronos）  055
六、中核钛白（CHTi）  055
七、攀钢钒钛（PGVT）  056
八、东佳（Doguide）  056
九、石原（Ishihara）  057
十、金浦钛业（GPRO）  057
十一、宁波新福（Xinfu）  058
十二、克雷米亚钛坦（Crimea Titan）  058
第四节 钛白粉生产技术发展趋势  058
参考文献  059

第三章 钛白粉生产原料  061
第一节 钛原料  061
一、钛矿资源  061
二、世界钛资源储量与分布  062
三、我国钛资源概况  065
四、钛矿资源的开采与富集  069
五、钛原料对钛白粉生产的影响  088
六、全球钛矿生产消费格局与变化  098
第二节 硫酸  099
一、概述  099
二、硫酸的性质  100
三、硫酸生产工艺原理  101
四、300kt/a硫铁矿制酸工艺流程概述  103
五、硫酸法钛白粉生产中硫资源的循环利用  106
第三节 氯气与烧碱  106
一、氯气电解法概况  107
二、氯气的性质  108
三、氯气的主要用途  111
四、氯气与烧碱生产工艺技术  111
第四节 石油焦与铁粉  119
一、石油焦  119
二、铁粉  120
第五节 其他辅助生产原料  120
参考文献  121

第四章 硫酸法钛白粉生产技术  123
第一节 技术概述  123 
第二节 原料制备  124 
一、主要原料  124 
二、主要辅助原料  131 
第三节 酸解与钛液的制备  131 
一、酸解工艺技术的原理  132 
二、间歇酸解技术  136 
三、连续酸解技术  154 
四、酸解液的沉降与酸解渣的分离  165 
五、硫酸亚铁的结晶与分离  169 
六、钛液的净化与浓缩  180 
第四节 水解与偏钛酸的制备  193 
一、水解沉淀偏钛酸  194 
二、过滤与水洗净化偏钛酸  209 
第五节 煅烧与钛白粉初级品的制备  225 
一、偏钛酸盐处理与脱水  227 
二、煅烧偏钛酸生产钛白粉初级产品  241 
三、煅烧尾气的显热利用和尾气排放处理  245 
参考文献  252 

第五章 氯化法钛白粉生产技术  254
第一节 概述  254 
第二节 原料制备  256 
一、主要原料制备  257 
二、其他辅助原料  263 
第三节 氯化与四氯化钛的制备  263 
一、四氯化钛的性质  264 
二、氯化工艺的生产原理  265 
三、氯化生产技术  271 
四、四氯化钛的精制与除钒  283 
五、氯化生产中的注意事项  295 
六、氯化工艺技术的发展  297 
第四节 氧化与钛白粉初级产品的制备  306 
一、氧化的化学反应原理  307 
二、氧化生产技术  316 
三、氧化生产中的注意事项  338 
第五节 关于氯化法钛白粉生产的能耗讨论  340 
一、能源消耗限额标准  340 
二、单位产品能源工质和耗能工质  340 
三、氯化法钛白粉单位产品综合能耗  341 
四、使用原料的能耗  341 
参考文献  342 

第六章 钛白粉生产后处理技术  346
第一节 概述  346 
第二节 原料制备  347 
一、无机物包膜剂  347 
二、有机包膜剂  354 
三、辅助试剂与溶液  355 
四、试剂配制流程图  357 
第三节 钛白粗品的解聚分散技术  358 
一、钛白粗品解聚分散原理  358 
二、干法解聚分散  361 
三、湿法解聚分散  365 
第四节 无机物包膜技术  374 
一、无机物包膜原理  374 
二、无机物包膜主要设备  380 
三、无机物包膜工艺  388 
四、无机包膜主要控制参数  389 
第五节 过滤与干燥  396 
一、无机物包膜料浆的过滤与洗涤  396 
二、洗涤滤饼的干燥  400 
第六节 汽流粉碎与有机物包膜  407 
一、汽流粉碎的基本原理  408 
二、汽流粉碎机结构与材质  410 
三、汽流粉碎工艺  418 
四、汽流粉碎主要控制参数  421 
五、汽流粉碎工艺主要设备  422 
六、关于蒸汽压力与汽粉机规格的讨论  423 
第七节 水浆钛白的生产技术  427 
一、水浆钛白粉生产的意义  427 
二、水浆钛白的生产原理、工艺与技术  428 
三、水浆钛白实验室制备试验  428 
四、生产装置  435 
第八节 造粒钛白的生产技术  436 
一、钛白粉成品造粒  437 
二、砂磨半成品处理造粒  437 
第九节 钛白粉产品的包装、运输与储存  438 
一、标志h438 
二、包装  438 
三、运输  438 
四、储存  438 
参考文献  438

第七章 钛白粉产品标准与质量规格  442
第一节 国际现行钛白粉产品标准  442 
一、国外钛白粉产品标准  442 
二、国外钛白粉产品主要规格  445 
第二节 国内现行钛白粉产品标准  447 
一、国家现行钛白粉产品标准  447 
二、国内钛白粉产品主要规格  450 
第三节 钛白粉产品质量检验分析方法  452 
一、国际钛白粉质量标准与测试标准  452 
二、国内钛白粉质量标准与测试标准  453 
第四节 过程产品的分析检验项目、频率及指标  453 
参考文献  454 

第八章 钛白粉生产绿色可持续发展技术  455
第一节 概述  455 
一、绿色可持续化学（GSC）简介  455 
二、钛白粉绿色可持续发展技术内容  456 
第二节 硫酸法钛白粉废副全资源利用技术  457 
一、废硫酸的循环利用与资源加工技术  457 
二、副产固体硫酸亚铁的利用技术  485 
三、酸解渣的回收利用  497 
四、酸性污水中和处理与资源利用技术  501 
五、尾气的处理与利用  510 
第三节 氯化钛白粉废副全资源利用技术  510 
一、氯化钛白粉生产废气的资源利用技术  511 
二、氯化法钛白粉废水的资源化利用技术  512 
三、氯化工艺副产氯化渣的资源利用技术  516 
参考文献  525