工业用二氧化钛

二氧化钛自然存在于钛矿和金红石等钛矿石中。其分子结构使之具有高亮度和遮盖性，但首先必须经过化学提取和纯化。60多年前，杜邦公司发明氯化法二氧化钛生产工艺，因其相对于陈旧的硫酸法工艺，能在制造高品质颜料产品的同时，减少环境排放和能源消耗，目前已成为全球首选的技术。

二氧化钛（TiO₂）是工业界使用最广泛的白色颜料，应用在建筑、工业和汽车用涂料；家具、电器、塑料带及塑料盒用塑料；高档杂志、宣传画册和附膜用的纸张，以及墨水、橡胶、皮革和弹性体等特种产品。

按OT-42方法测定：
显色反应取试样0.5g，加硫酸5ml，缓缓加热至出现硫酸烟雾后冷却。谨慎地用水稀释至约100ml后过滤。取5ml透明滤液，加过氧化氢数滴，应立即出现橘红色。

精确称取预经105℃干燥3h的试样约300mg，移入250ml烧杯中，加硫酸20ml和硫酸铵7～8g，混匀。在加热板上加热至出现硫酸烟雾，继续在强火焰上加热至试样溶解，或明显地看出不溶残渣是硅质物。冷却，用100ml水小心稀释后搅匀。在搅拌下小心加热至沸，俟不溶物沉降后过滤。把全部残渣移入过滤器，用冷的稀硫酸试液(TS-241)充分洗涤。用水稀释滤液和洗液至200ml，小心地加浓氨试液(TS-14)约10ml，以降低酸浓度至约5%(以硫酸体积计)。
在25cm琼斯还原管中制备锌汞合金柱，把玻璃棉拭子置于管底，用锌汞合金充填还原管的狭窄部分，制备方法如下：将20～30目锌粉加入2%氯化汞溶液中，每100g锌约用100ml溶液。约经10min后，从锌中滗出溶液，再以滗析法用水洗涤锌。将锌汞合金移入还原管，然后每次用100ml稀硫酸试液(TS-241)洗涤该柱，至100ml洗出液不能使1滴0.1mol/L高锰酸钾液褪色为止。
在一个500ml吸滤瓶中放入硫酸铁铵试液(TS-99)50ml，加0.1mol/L高锰酸钾至粉红色，并持续5min。将盛有锌汞合金柱的琼斯还原管与吸滤瓶颈相连，使50ml稀硫酸试液以约30mL/min的速率通过该管。再将配制好的钛溶液以相同速率通过柱，继而通过稀硫酸试液和水各100ml。在此操作期间，使管内充填的溶液或水始终保持在锌汞合金柱上部液位以上。逐渐消除抽吸，冲洗出口管和接受器的侧壁后，立即用0.1mol/L高锰酸钾滴定。同时进行空白试验，即以5%稀硫酸200ml代替试样液，并作必要校正。每0.1mol/L高锰酸钾相当于二氧化钛(TiO₂)7.990mg。LD50 orally in Rabbit: > 10000 mg/kg
GB 2760-2002(g/kg)：糖果包衣2.0；凉果、膨化食品、油炸食品、果冻，10；口香糖5.0；固体饮料GMP；非碳酸饮料浑浊剂10gL。
EEC(1990)：Mozzalella干酪，400mg/kg，余不限。
FDA，§73.575，2000，可安全用于食品，限量<1.0%。
按日本规定，不得用于着色以外的目的。禁用范围见焦油系色素。

白色粉末， 不溶于水和有机溶剂；缓慢溶于氢氟酸和热浓硫酸。

用于油漆、油墨、塑料、橡胶、造纸、化纤等行业。食用白色色素；增容剂。常用二氧化硅和/或氧化铝作分散助剂。作食品着色剂，我国规定可用于凉果中，最大使用量为：10g／kg；在糖果包衣中，最大使用量为2.0g／kg。白色无机颜料。是白色颜料中着色力最强的一种，具有优良的遮盖力和着色牢度，适用于不透明的白色制品。金红石型特别适用于室外使用的塑料制品，可赋予制品良好的光稳定性。锐钛型主要用于室内使用制品，但略带蓝光，白度高、遮盖力大、着色力强且分散性较好。钛白粉广泛用作油漆、纸张、橡胶、塑料、搪瓷、玻璃、化妆品、油墨、水彩和油彩的颜料，还可用于冶金、无线电、陶瓷、电焊条的制造。近年来发现纳米级二氧化钛具有某些特殊用途，如可用于防晒化妆品、木器保护、食品包装材料、农用塑料薄膜、天然纤维和人造纤维、透明外用耐久型面漆及效应颜料，也可用作高效光催化剂、吸附剂、固体润滑剂的添加剂等。用于油漆、塑料、橡胶等行业1.粒径均匀，分散性好； 2.对入射可见光基本无散射作用，具有很强的屏蔽紫外线能力和优异的透明性，作为一种新型材料已广泛应用于化妆品、涂料、油漆等产品中； 3.应用于塑料、橡胶和功能纤维产品，它能提高产品的抗老化能力、抗粉化能力、耐候性和产品的强度，同时保持产品的颜色光泽，延长产品的使用期； 4.应用于油墨、涂料、纺织，能很好的提高其粘附力、抗老化、耐擦洗性能； 5.亲油性,能很好地分散在有机溶剂和塑料树脂中； 6.用于造纸工业中，能提高易打印性和不渗透性； 7.也可以应用于冶金和航天工业。1.粒径均匀，分散性好； 2.对入射可见光基本无散射作用，具有很强的屏蔽紫外线能力和优异的透明性，作为一种新型材料已广泛应用于化妆品、涂料、油漆等产品中； 3.应用于塑料、橡胶和功能纤维产品，它能提高产品的抗老化能力、抗粉化能力、耐候性和产品的强度，同时保持产品的颜色光泽，延长产品的使用期； 4.应用于油墨、涂料、纺织，能很好的提高其粘附力、抗老化、耐擦洗性能； 5.用于造纸工业中，能提高易打印性和不渗透性； 6.也可以应用于冶金和航天工业。钛白粉的生产方法有硫酸法和氯化法两种。硫酸法是将钛铁矿经浓硫酸酸解成块状固相物，用酸性水浸取后得到钛液，经沉降除杂质、冷冻分离副产硫酸亚铁后，加晶种使硫酸氧钛分解生成偏钛酸。经水洗达标后煅烧、粉碎而制得钛白粉。反应方程式：
H2SO4 + TiO2→TiOSO4 + H2O
Ti(SO4)2 + H2O→ TiOSO4 + H2SO4
TiOSO4 + H2O→H2TiO3↓+ H2SO4
H2TiO3·SO3→TiO2+H2O+SO3↑
氯化法是将粉碎后的金红石或高钛渣与焦炭混合，在硫化床氯化炉中与氯气反应生成四氯化钛，经净化，加入晶型转化剂于高浊罡氧化生成二氧化钛，再经水洗、干燥、粉碎得到。反应方程式：2TiO2 + 3C + 4Cl2→2TiCl4 + 2CO↑+ CO2↑
TiCl4(汽）+O2 （气）→TiO2 (固）+ 2Cl2 (汽）
操作方法如下。 硫酸法。在圆锥形内衬两层瓷砖的酸解槽内。按矿酸比1:1.5～1:1.7的比例（质量比，硫酸以100%计），使预调至工艺浓度为88%～90%硫酸与预粉碎至325目并掺混0.2%氧化锑的干燥的钛铁矿粉进行酸解反应。酸解反应须将反应物预热至90℃以上才能发生。在压缩空气搅拌下，随反应的进行，反应热增加，温度渐升至180～200℃发生激烈反应。之后生成多孔状固相酸解反应产物。降温后于55～65℃条件下，在沉淀罐中进行浸取。向所得浸取液加入絮凝剂，用沉降法分离浸取液内悬浮的未分离物和机械杂质，所得浸取液中主要含有硫酸钛盐，但也含有很多二价及三价硫酸铁盐。用加入铁屑的办法使三价铁还原，再冷冻至3～5℃。可用冷冻盐水制冷装置、也可用真空绝热蒸发制冷装置使硫酸亚铁结晶析出，过滤除去副产硫酸亚铁，纯净的钛液经真空蒸发浓缩至190～210g TiO2/L溶液，在搅拌下送入水解反应器，加入在晶种罐中预先特制的晶种进行水解生成水合二氧化钛（即俗称的偏钛酸）。工业上实现水解过程有常压、加压两种方法，温度各不相同。晶种的制法也有多种，随产品要求和生产厂家而异。水解生成的偏钛酸用叶滤机反复水洗除去可溶性铁盐后送回转炉，在800～850℃下煅烧，煅烧前要在盐处理罐中加入盐类作盐处理。盐处理的目的是为了降低煅烧温度和促进晶型转化，并提高颜料的研磨润湿性。煅烧生成的二氧化钛尚不具备颜料性能，还需进行后处理。后处理是先用雷蒙磨或万能粉碎机对煅烧后的二氧化钛进行干法粉碎，再经打浆、水选分级、表面包膜处理后，用喷雾干燥器（或带式干燥器、沸腾流化干燥器、烘房等）干燥，之后再用气流粉碎机进行超微粉碎，确保产品粒径在1μm以下。
氯化法。含金红石90%～95%的金红石矿经粉碎、干燥并被严格控制粒度（或高钛渣）与石油焦连续进入流化 床氯化炉，通氯气进行氯化反应，温度900～1000℃。由于原料中含有铁、锰、硅、锆等氧化物杂质，故氯化所得的四氯化钛经冷却至400℃、初步净化后还需经过精馏才可制得精四氯四钛。精四氯化钛在150～200℃经汽化并加入高纯三氯化铝作为晶型转化剂，再预热升温至1000℃左右进入氧化炉。氧化炉所用氧气也经过预热。氧化温度1300～1500℃。经气相氧化生成的固体二氧化钛已初具颜料性质。再经过后处理即可得到颜料二氧化钛的产品。后处理方法与硫酸法相同。
硫酸法
钛铁矿粉经硫酸分解、酸水浸取得到偏钛酸，后者经焙烧成为二氧化钛。高品位的钛铁矿石用雷蒙磨粉碎至0.043mm，在酸解槽内用88%～90%的硫酸分解，在90℃开始酸解，自热升温至180~200℃生成多孔性酸解产物。矿酸质量比为1：(1.5～1.7)(硫酸以i00%计)。
TiO2+H2SO4→TiOSO4+H2O
酸解产物在55~65℃下用酸性水浸取，在浸取液中加入铁屑使三价铁还原，再冷冻至3~5℃，析出硫酸亚铁结晶。纯净的钛液经真空浓缩至190～210g/L，再经常压或加压水解得水合二氧化钛即偏钛酸。
TI(SO4)2+H2O→TiOSO4→H2TiO3↓
偏钛酸经叶滤机反复水洗除去可溶性铁盐，再在800～850℃下于回转窑中煅烧成二氧化钛。
H2TiO3→TiO2+H2O
氯化法
将粉碎至一定粒度、干燥的金红石(含二氧化钛90%～95%，或高钛渣)与粉碎干燥的石油焦连续进入流化床氯化炉，在900～1000℃下通氯气进行氯化反应生成四氯化钛。
2TiO2+3C+4Cl2→TiCl4+CO2↑+CO↑
氯化产物经冷却、净化后送入氧化炉，并在1300~1500℃下通氧气氧化成二氧化钛。
TiCl4+O2→TiO2+2Cl2
由高品位的钛矿石经氯化反应生成TiCl₂，精制成高纯度TiCl₂，再经氧化分解而成。
用硫酸分解原料矿石，所得液体经加热分解成偏钛酸，再经焙烧而得。
将浓硫酸添加至钛铁矿中使其溶解，用水萃取。滤液中加入铁屑、磷酸盐等，煮沸生成TiO(OH) ₂。将此沉淀充分洗净后经焙烧、粉碎而得。
通常包覆少量矾土和/或二氧化硅以改进产品特性。