1 研究現狀

鈦白粉是涂料行業用量最多、最廣泛的一種白色顏料，這主要是由于在涂料、塑料、油墨、造紙等領域較好的應用性能，主要表現在添加了鈦白粉的產品，在色彩的鮮艷程度上，涂料的消耗量上、涂膜的厚度上、耐候性上，甚至是使用壽命、抗磨、抗風化性等方面都有著不可比擬的優勢。鈦白粉作為涂料的重要組成部分，提供作為顏料的著色力、耐磨性、耐腐蝕性、耐候性。

涂料用鈦白粉對鈦白粉的要求較高，目前國內涂料用鈦白粉，特別是高檔涂料用鈦白粉，在性能方面、穩定性上與國外高檔鈦白粉還存在較大的差距；也就是說，國內需要的高檔鈦白粉主要依賴于進口，國產鈦白粉與國外較發達國家產品在質量上存在的差異主要表現在應用性能方面：在水中、油中、樹脂漆料中分散性不如國外高檔次鈦白粉，耐候性、永久性如抗粉化性、高光澤性、抗變色性差距也很大。

鈦白粉應用在油性涂料和油墨中，鈦白粉吸油量的高低也會影響其應用性能，吸油量過高導致鈦白粉難于分散在樹脂體系中，對于PVC 油墨和涂料會出現加工困難，因此開發低吸油量的金紅石鈦白粉可以更好地滿足下游客戶的需求。本產品具有著色力強、耐候性、耐化學品性能，同時也具備低吸油量的特點。公司成立項目組，按照項目管理程序進行小試、中試確定產品配方和工藝路線，煅燒階段通過鋁鹽處理劑，改變鈦白粉晶格結構；對鈦白粉進行高溫單鋁表面處理，提高鈦白粉在涂料體系的耐候性和耐化學品性能；在鈦白粉微粉工序采用氣流粉碎技術，提高氣固比改善鈦白粉粒徑分布。

2 主要研究內容和目的

2.1 國外研究現狀

US3437502 公開了一種改進的二氧化鈦顏料的生產方法，通過在二氧化鈦粒子表面包覆一層基于二氧化鈦質量0.5%~25% 的致密二氧化硅，和一層基于二氧化鈦質量0.1%~10% 的氧化鋁，從而獲得一種具有高遮蓋力和在水性涂料配方中良好分散性的二氧化鈦顏料，利用該方法制備的鈦白粉生產的涂料具有優異的戶外耐候性。US4075031 公開了一種提高二氧化鈦顏料遮蓋力的方法，通過在二氧化顏料表面包覆一層致密的無定形二氧化硅和氧化鋁膜，再包覆一層多孔的氧化硅- 氧化鋁膜，從而在提高遮蓋力的同時保證了鈦白粉的耐候性。

US3510335 公開了一種在二氧化鈦- 氧化鋁共氧化物顏料表面包覆約1%~25% 多孔疏松二氧化硅膜，然后在30~1 000℃條件下煅燒，獲得一種抗變色和高遮蓋力鈦白粉。

2.2 國內研究現狀

CN107974106A 將二水石膏粉與一定濃度的硫酸溶液混合并加熱至60℃，保溫半小時后過濾烘干；將過濾物放置于烘箱中加溫至120℃使其脫去結晶水分子從而變為半水石膏；將半水石膏研磨至35~45μm 粒度后與鈦白粉按照3 ∶ 1 的比例混合攪拌均勻得到混合粉末；將混合粉末按1 ∶ 0.5 的比例與水混合從而使混合粉末結晶凝固，靜置10min 后用烘箱加溫至65℃，保溫3h 后得到塊狀物；研磨塊狀物，研磨粒度為5-10μm。

CN108793239A 具體涉及一種高遮蓋力鈦白粉，其由以下步驟制備得到：1）原礦粉碎，2）酸解，3）浸取，4）還原，5）沉降，6）鈦液的濃縮，7）水解，8）水洗和漂白，9）鹽處理，10）過濾、煅燒、研磨、表面處理，11）干燥、除塵。

其特征在于：在鈦白粉的制備方法中向漂白過程中的偏鈦酸溶液中加入相當于TiO2 含量2.0%~3.0% 的煅燒晶種，煅燒溫度為700~960℃。在大量、反復的實驗基礎上，不斷總結經驗、改進完善，確定了如本發明所述的高遮蓋力鈦白粉生產方法，通過降低煅燒晶種的含量，調控煅燒過程中的溫度，以達到提高二氧化鈦遮蓋力的目的。

3 研究方案

3.1 研究問題

對于溶劑型涂料、塑料等領域，高吸油量會使基料的應用大大增加，產生增稠等現象，因此高吸油量在這些領域會造成很多弊端。降低鈦白粉的吸油量，可以降低顏料消耗亞麻油的量。

本項目主要從煅燒工序調整晶型結構，從表面處理工序著手提高鈦白在涂料體系的耐候性和耐化學品性能，從汽粉工序著手控制鈦白粉粒徑分布，從有機處理工序著手提高鈦白粉在樹脂體系中的分散性。

3.2 研究方案

金紅石鈦白粉具有優異的顏料性能，在涂料中得到廣泛應用，低吸油量鈦白粉要求著色力高、耐候性好，吸油量低。鈦白粉制造的涂料，著色力強，耐磨性好，耐腐蝕性、耐水性和耐候性能好，具有長效的防腐性能，可延長漆膜壽命。本項目開發的低吸油量金紅石鈦白粉主要針對提高涂料的著色力和耐候性、耐腐蝕效果，改善鈦白粉在樹脂體系的分散性和加工流動性。

技術創新：

1）在鈦白粉煅燒工序采用鋁鹽處理劑，改變鈦白粉晶格結構；

2）對鈦白粉進行高溫單鋁表面處理，修補鈦白粉表面缺陷并包覆致密的氧化鋁膜；

3）在鈦白粉微粉工序采用氣流粉碎技術，提高氣固比改善鈦白粉粒徑分布；

4）對鈦白粉進行多元醇有機處理，增加鈦白粉在樹脂體系中的親和性。

3.3 煅燒工序添加鋁鹽處理劑

3.3.1 煅燒工序

煅燒是一個強烈的吸熱反應過程，工業上采用回轉窯進行煅燒，采用煙氣和物料直接接觸內加熱煅燒。偏鈦酸組成不是固定的，難以用確切的分子式來表示，因此一般用下面的化學反應方程式來示意煅燒的反應過程：

TiO2 · xH2O · ySO3 ↑ TiO2+xH2O ↑ +ySO3 ↑

3.3.2 鋁鹽處理劑

鋁鹽屬于金紅石晶型穩定劑，因為鋁鹽對金紅石的轉化率有抑制的作用。鋁鹽的性質決定了它在比較高的溫度下煅燒時，對鈦白粉的顏料指標不產生影響。而且偏鈦酸加入鋁鹽時，煅燒后的鈦白粉顆粒致密，耐候性高。需要注意的是鋁鹽一般是以硫酸鋁形式加入，硫酸鋁中的雜質含量必須要嚴格控制，防止對鈦白粉色相的影響。

3.4 包膜處理

鋯包膜：常用的包膜劑有硫酸鋯，通過鋯包膜后金紅石型鈦白粉的失光率、吸油量和遮蓋力都有所下降，白度值都有所增加，耐候性、光澤度、耐化學性都會有不同程度的提高。鋯包膜不僅能較好掩蓋顏料粒子表面的活性基團，還能大大提高顏料的耐候性、耐化學品腐蝕等性能，并且其光澤度也要高于其他薄膜產品。

鋯包膜的工藝過程如下：在二氧化鈦漿料中，在低pH 值下，加入硫酸鋯，攪拌60~90min，氧化鋯膜按預定方式沉積到二氧化鈦表面。

3.5 氣流粉碎

能夠進行超微粉碎的設備比較多，早期金紅石型鈦白粉生產在包膜后的粉碎設備中，以機械式粉碎為主。無論是哪一種機械式粉碎，由于粉碎方式的限制，得到的產品在顆粒粒徑的大小和粒子的均勻度上總是不如人意，而且產品污染較為嚴重。有人提出，機械式粉碎對鈦白粉顆粒表面的氧化物膜有一定的損傷。因此人們才發明了粉碎包膜后產品的最佳設備——氣流粉碎機。

通過實驗發現，氣流粉碎機粉碎包膜后鈦白粉，可以圓整中粉時產生的顆粒形狀缺陷，可以得到耐侯性高于機械粉碎得到的產品。

3.6 多元醇有機處理

針對需求，選擇多元醇類包膜劑對鈦白粉進行有機包膜。多元醇類有機包膜劑使用最為廣泛，因為醇類包膜劑包覆在顏料粒子表面后，使顏料粒子基本接近中性，并且由于多元醇功能基團的特性，使得被處理的顏料粒子在水性和油性體系中都有較好的分散性。

有機包膜的進行通常是在鈦白粉生產的最終粉碎階段，也就是氣流粉碎時進行。一般是隨著物料一起加入到氣流粉碎機，有機包膜劑包覆在破碎形成的新生顏料粒子表面。

3.7 技術路線

3.7.1 原礦干燥磨碎

按照配料配比的工藝要求，把不同礦原的礦粉按照配料比例混料，用球磨機、風掃磨磨礦，將鈦精礦粉碎至一定的粒度，以符合酸解工藝需求。

3.7.2 酸解

采用礦酸預混合的方案。讓濃硫酸與礦粉混勻，確保鈦礦顆粒預先浸潤，避免原料直接進入酸解罐而造成損失，促使酸解反應穩定完全。酸解采用大型酸解罐，批量操作。

3.7.3 鈦液凈化

鈦液凈化包括沉降、結晶、分離、過濾等工序。沉降是借助于重力作用，向鈦液中加入沉降劑（主要絮凝劑是改性聚丙烯酰胺），除去鈦液中的不溶性雜質和膠體顆粒，使鈦液初步凈化。

冷凍結晶是在冷凍鍋中進行，主要利用硫酸亞鐵的溶解度隨著鈦液溫度降低而降低的性質。用冷凍鹽水帶走鈦液熱量，使其降至適當的溫度，從而使大量的硫酸亞鐵結晶析出，達到除去大量鐵含量的目的。分離、過濾是由離心機分離，抽濾及板框壓濾三個工序構成。冷凍后的鈦液經離心機分離及抽濾池抽濾，得到初步凈化的稀鈦液，最后將稀鈦液通過板框壓濾，得到符合生產需要的清鈦液。

3.7.4 水解

采用外加晶種常壓水解技術。水解是鈦白生產的關鍵工序之一，以往采用的加壓水解工藝，不利于設備的大型化，現在通常都采用常壓水解技術。常壓水解又分為外加晶種和自生晶種兩種，由于外加晶種需要另設一套晶種制備設施，而且預先制備好的晶種將定量加入到水解槽中，有利于鈦液充分水解，能有效地控制水解粒子的形狀和大小，蒸汽耗用相對較低。完成這一水解過程關鍵是擁有合適的設施、嚴格的操作及控制，本項目采取合理設備結構和布置，再加上PLC 操作，對溫度、壓力、流量、組分、色度等進行全面的控制，減少人為誤差，確保獲得最佳的水解工藝條件和穩定的產品質量。

3.7.5 水洗、漂洗

水洗的任務是將水合二氧化鈦與母液分離，再用水洗滌以除盡偏鈦酸中所含可溶性雜質，例如亞鐵離子、鉻離子、銅離子、錳離子等。經過水洗而仍殘留在水合二氧化鈦中的最后一部分雜質（高鐵為主），則以漂白、洗滌來除去，即在酸性條件下用還原劑將不溶的高價鐵還原為可溶性的亞鐵，再進行二次水洗，確保亞鐵離子含量在10×10-6 以下。

3.7.6 鹽處理

鹽處理是在鹽處理鍋中進行。在充分攪拌的情況下，向偏鈦酸漿液中加入碳酸鉀和磷酸等鹽處理劑，可防止煅燒物料燒結，降低金紅石型轉化溫度，隱蔽雜質元素的顯色，使煅燒產品顆粒松軟，色澤潔白等。

3.7.7 煅燒

目前回轉窯是最廣泛采用的煅燒設備。鹽處理后的偏鈦酸在回轉窯中經高溫脫水、脫硫及晶型轉化等過程，得到具有顏料性能的鈦白粉。

3.7.8 粗品打漿

采用輥壓磨的研磨工藝，與球磨機配合使用，用硅酸鈉作為無機分散劑，與使用雷蒙磨相比設備投資更省，電耗更低，操作更為簡便。

3.7.9 包膜

采用自動化包膜工藝。包膜是改善產品性能，獲得不同產品品種的主要途徑之一，在獲得鈦白半成品后，往往由于半成品顆粒表面的缺陷而影響了成品的質量。因此，眾多的研究人員對其表面進行了研究，采用各種不同的工藝配方，在顆粒表面包履一層特殊的膜，而這些膜由于配方工藝不同而形成各品種的特性，形成了不同的鈦白品種牌號。一旦工藝設定，則整個過程均可自動完成，從而確保產品質量始終如一。

當更換產品品種時，只需在電腦中調整設定值，則新的產品品種隨之產生，從而為生產眾多的產品品種和高質量的產品創造了極為有利的條件。

3.7.10 干燥

采用噴霧干燥工藝，對經洗滌后的鈦白粉經過高速離心作用與熱空氣充分接觸，使進料水分快速蒸發，從而得到滿足氣流粉碎要求的干燥物料。使用噴霧干燥法需嚴格控制濾餅料漿的固含量，以達到節約能耗的目的。有關資料表明，高生產力的干燥器，其濾餅料漿的固含量在42%-55%最為適宜，此固含量下，既節約了天然氣，又不降低干燥器的生產

能力。

3.7.11 氣流粉碎

氣流粉碎機內的物料在高速氣流的作用下，相互發生劇烈碰撞而被粉碎，汽粉同時加入有機處理劑進行有機包膜，以提高鈦白粉的分散性。

4 項目風險分析

4.1 政策風險

近幾年全球對金紅石型鈦白需求持續保持高速增長，隨著全球二氧化鈦市場不斷細分，大量新產品的出現使需求增幅更大。吸油量過高導致鈦白粉難于分散在樹脂體系中，對于PVC、油墨和涂料會出現加工困難，因此開發低吸油量的金紅石鈦白粉可以更好地滿足下游客戶的需求。低吸油量金紅石鈦白粉研發項目符合我國發展戰略，同時隨著社會發展，對涂料的品質要求越來越高。因此，低吸油量金紅石鈦白粉屬于當前國家產業政策和地方產業政策鼓勵發展的產品，項目的政策風險較小。

4.2 技術風險

2000 年經省經濟貿易委員會批準組建“省級企業技術中心”，主要開展鈦白粉生產工藝研究和鈦白粉在涂料、塑料、造紙、油墨等應用領域的研究和開發，2013 年經馬鞍山市科技局批準組建“馬鞍山市鈦白粉應用工程技術研究中心”和“馬鞍山市鈦白晶型控制及表面處理重點實驗室”，加強鈦白粉機理研究和生產工藝革新。

4.3 市場風險

涂料行業是鈦白粉第一大用戶，鈦白粉作為涂料配方中不可或缺的色料，可使涂料具有較高的遮蓋力，光澤好，耐候性高，印刷時不穿透，不掉色、使用時間持久。經過特殊配方設計和表面處理的金紅石型鈦白粉，可以滿足要求。本低吸油量金紅石鈦白粉研發項目，采用國內先進的生產技術和設備，突出專業化、高端化的特點，并與實際條件相結合，使項目技術先進、經濟合理、安全適用，主要設備立足于國產化。經過精心設計與整改保證了項目建設質量，節省用地，開展綜合利用，降低生產成本，項目本身的市場風險較小。

4.4 管理風險

我公司是國內最早生產顏料級鈦白粉的企業之一，早在20 世紀80 年代中期我公司即開始生產銳鈦型鈦白粉，隨后于90 年代中期開始生產金紅石型鈦白粉，成為國內較早生產金紅石型鈦白粉的企業。2009 年公司經過轉制引入民營資本，鈦白產業得到了長足的發展，鈦白粉產能由不到10kt/a 通過短短4a 迅速提高到10kt/a，成為國內單套裝置最大的鈦白粉生產廠家之一，在國內鈦白粉行業具有舉足輕重的地位。低吸油量金紅石鈦白粉是我公司眾多技術人員集多年生產實踐經驗和科研積累，在經過充分的調研和論證的基礎上，投入大量資源自主研發的新一代高性能產品，其各項性能指標與國外同類型產品相比基本相當。在絕大多數領域中可以替代進口產品，而該產品的市場售價卻比同類型進口產品低很多，因此與國外產品相比，在涂料領域中具有較強的市場競爭力。與國內產品相比，由于該產品的質量和成本優勢較為明顯并且國內市場急劇增長的消費量等因素均為該產品提供了重要保障，因此該產品同樣具有很強的市場競爭力。

4.5 環境風險分析

本項目采用先進的生產工藝，產品質量標準達到美國、歐盟同類廠家質量標準，所產廢硫酸經濃縮后100% 回用于硫酸裝置制酸和鈦白粉酸解。生產中產生的一水硫酸亞鐵進入污水處理系統進行石灰乳中和，廢水中和產生的石膏作為建筑砌塊或板材原料，大大減少廢渣外排。江蘇太白集團，四川龍蟒集團等大型企業都已有石膏制磚的成功經驗。采用先進高效的污水處理措施，提高了水的循環利用率，使外排污水減至最低并達標排放。故本項目建設完全符合國家重點鼓勵發展的產業結構調整指導政策。在本項目實施過程中，對環保工程與主體工程執行“三同時”，在嚴格管理和精心操作下，可以保證本項目投產后，不會對環境造成影響，本項目的環境保護措施是可行的。