1 研究现状

钛白粉是涂料行业用量最多、最广泛的一种白色颜料，这主要是由于在涂料、塑料、油墨、造纸等领域较好的应用性能，主要表现在添加了钛白粉的产品，在色彩的鲜艳程度上，涂料的消耗量上、涂膜的厚度上、耐候性上，甚至是使用寿命、抗磨、抗风化性等方面都有着不可比拟的优势。钛白粉作为涂料的重要组成部分，提供作为颜料的着色力、耐磨性、耐腐蚀性、耐候性。

涂料用钛白粉对钛白粉的要求较高，目前国内涂料用钛白粉，特别是高档涂料用钛白粉，在性能方面、稳定性上与国外高档钛白粉还存在较大的差距；也就是说，国内需要的高档钛白粉主要依赖于进口，国产钛白粉与国外较发达国家产品在质量上存在的差异主要表现在应用性能方面：在水中、油中、树脂漆料中分散性不如国外高档次钛白粉，耐候性、永久性如抗粉化性、高光泽性、抗变色性差距也很大。

钛白粉应用在油性涂料和油墨中，钛白粉吸油量的高低也会影响其应用性能，吸油量过高导致钛白粉难于分散在树脂体系中，对于PVC 油墨和涂料会出现加工困难，因此开发低吸油量的金红石钛白粉可以更好地满足下游客户的需求。本产品具有着色力强、耐候性、耐化学品性能，同时也具备低吸油量的特点。公司成立项目组，按照项目管理程序进行小试、中试确定产品配方和工艺路线，煅烧阶段通过铝盐处理剂，改变钛白粉晶格结构；对钛白粉进行高温单铝表面处理，提高钛白粉在涂料体系的耐候性和耐化学品性能；在钛白粉微粉工序采用气流粉碎技术，提高气固比改善钛白粉粒径分布。

2 主要研究内容和目的

2.1 国外研究现状

US3437502 公开了一种改进的二氧化钛颜料的生产方法，通过在二氧化钛粒子表面包覆一层基于二氧化钛质量0.5%~25% 的致密二氧化硅，和一层基于二氧化钛质量0.1%~10% 的氧化铝，从而获得一种具有高遮盖力和在水性涂料配方中良好分散性的二氧化钛颜料，利用该方法制备的钛白粉生产的涂料具有优异的户外耐候性。US4075031 公开了一种提高二氧化钛颜料遮盖力的方法，通过在二氧化颜料表面包覆一层致密的无定形二氧化硅和氧化铝膜，再包覆一层多孔的氧化硅- 氧化铝膜，从而在提高遮盖力的同时保证了钛白粉的耐候性。

US3510335 公开了一种在二氧化钛- 氧化铝共氧化物颜料表面包覆约1%~25% 多孔疏松二氧化硅膜，然后在30~1 000℃条件下煅烧，获得一种抗变色和高遮盖力钛白粉。

2.2 国内研究现状

CN107974106A 将二水石膏粉与一定浓度的硫酸溶液混合并加热至60℃，保温半小时后过滤烘干；将过滤物放置于烘箱中加温至120℃使其脱去结晶水分子从而变为半水石膏；将半水石膏研磨至35~45μm 粒度后与钛白粉按照3 ∶ 1 的比例混合搅拌均匀得到混合粉末；将混合粉末按1 ∶ 0.5 的比例与水混合从而使混合粉末结晶凝固，静置10min 后用烘箱加温至65℃，保温3h 后得到块状物；研磨块状物，研磨粒度为5-10μm。

CN108793239A 具体涉及一种高遮盖力钛白粉，其由以下步骤制备得到：1）原矿粉碎，2）酸解，3）浸取，4）还原，5）沉降，6）钛液的浓缩，7）水解，8）水洗和漂白，9）盐处理，10）过滤、煅烧、研磨、表面处理，11）干燥、除尘。

其特征在于：在钛白粉的制备方法中向漂白过程中的偏钛酸溶液中加入相当于TiO2 含量2.0%~3.0% 的煅烧晶种，煅烧温度为700~960℃。在大量、反复的实验基础上，不断总结经验、改进完善，确定了如本发明所述的高遮盖力钛白粉生产方法，通过降低煅烧晶种的含量，调控煅烧过程中的温度，以达到提高二氧化钛遮盖力的目的。

3 研究方案

3.1 研究问题

对于溶剂型涂料、塑料等领域，高吸油量会使基料的应用大大增加，产生增稠等现象，因此高吸油量在这些领域会造成很多弊端。降低钛白粉的吸油量，可以降低颜料消耗亚麻油的量。

本项目主要从煅烧工序调整晶型结构，从表面处理工序着手提高钛白在涂料体系的耐候性和耐化学品性能，从汽粉工序着手控制钛白粉粒径分布，从有机处理工序着手提高钛白粉在树脂体系中的分散性。

3.2 研究方案

金红石钛白粉具有优异的颜料性能，在涂料中得到广泛应用，低吸油量钛白粉要求着色力高、耐候性好，吸油量低。钛白粉制造的涂料，着色力强，耐磨性好，耐腐蚀性、耐水性和耐候性能好，具有长效的防腐性能，可延长漆膜寿命。本项目开发的低吸油量金红石钛白粉主要针对提高涂料的着色力和耐候性、耐腐蚀效果，改善钛白粉在树脂体系的分散性和加工流动性。

技术创新：

1）在钛白粉煅烧工序采用铝盐处理剂，改变钛白粉晶格结构；

2）对钛白粉进行高温单铝表面处理，修补钛白粉表面缺陷并包覆致密的氧化铝膜；

3）在钛白粉微粉工序采用气流粉碎技术，提高气固比改善钛白粉粒径分布；

4）对钛白粉进行多元醇有机处理，增加钛白粉在树脂体系中的亲和性。

3.3 煅烧工序添加铝盐处理剂

3.3.1 煅烧工序

煅烧是一个强烈的吸热反应过程，工业上采用回转窑进行煅烧，采用烟气和物料直接接触内加热煅烧。偏钛酸组成不是固定的，难以用确切的分子式来表示，因此一般用下面的化学反应方程式来示意煅烧的反应过程：

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

3.3.2 铝盐处理剂

铝盐属于金红石晶型稳定剂，因为铝盐对金红石的转化率有抑制的作用。铝盐的性质决定了它在比较高的温度下煅烧时，对钛白粉的颜料指标不产生影响。而且偏钛酸加入铝盐时，煅烧后的钛白粉颗粒致密，耐候性高。需要注意的是铝盐一般是以硫酸铝形式加入，硫酸铝中的杂质含量必须要严格控制，防止对钛白粉色相的影响。

3.4 包膜处理

锆包膜：常用的包膜剂有硫酸锆，通过锆包膜后金红石型钛白粉的失光率、吸油量和遮盖力都有所下降，白度值都有所增加，耐候性、光泽度、耐化学性都会有不同程度的提高。锆包膜不仅能较好掩盖颜料粒子表面的活性基团，还能大大提高颜料的耐候性、耐化学品腐蚀等性能，并且其光泽度也要高于其他薄膜产品。

锆包膜的工艺过程如下：在二氧化钛浆料中，在低pH 值下，加入硫酸锆，搅拌60~90min，氧化锆膜按预定方式沉积到二氧化钛表面。

3.5 气流粉碎

能够进行超微粉碎的设备比较多，早期金红石型钛白粉生产在包膜后的粉碎设备中，以机械式粉碎为主。无论是哪一种机械式粉碎，由于粉碎方式的限制，得到的产品在颗粒粒径的大小和粒子的均匀度上总是不如人意，而且产品污染较为严重。有人提出，机械式粉碎对钛白粉颗粒表面的氧化物膜有一定的损伤。因此人们才发明了粉碎包膜后产品的最佳设备——气流粉碎机。

通过实验发现，气流粉碎机粉碎包膜后钛白粉，可以圆整中粉时产生的颗粒形状缺陷，可以得到耐侯性高于机械粉碎得到的产品。

3.6 多元醇有机处理

针对需求，选择多元醇类包膜剂对钛白粉进行有机包膜。多元醇类有机包膜剂使用最为广泛，因为醇类包膜剂包覆在颜料粒子表面后，使颜料粒子基本接近中性，并且由于多元醇功能基团的特性，使得被处理的颜料粒子在水性和油性体系中都有较好的分散性。

有机包膜的进行通常是在钛白粉生产的最终粉碎阶段，也就是气流粉碎时进行。一般是随着物料一起加入到气流粉碎机，有机包膜剂包覆在破碎形成的新生颜料粒子表面。

3.7 技术路线

3.7.1 原矿干燥磨碎

按照配料配比的工艺要求，把不同矿原的矿粉按照配料比例混料，用球磨机、风扫磨磨矿，将钛精矿粉碎至一定的粒度，以符合酸解工艺需求。

3.7.2 酸解

采用矿酸预混合的方案。让浓硫酸与矿粉混匀，确保钛矿颗粒预先浸润，避免原料直接进入酸解罐而造成损失，促使酸解反应稳定完全。酸解采用大型酸解罐，批量操作。

3.7.3 钛液净化

钛液净化包括沉降、结晶、分离、过滤等工序。沉降是借助于重力作用，向钛液中加入沉降剂（主要絮凝剂是改性聚丙烯酰胺），除去钛液中的不溶性杂质和胶体颗粒，使钛液初步净化。

冷冻结晶是在冷冻锅中进行，主要利用硫酸亚铁的溶解度随着钛液温度降低而降低的性质。用冷冻盐水带走钛液热量，使其降至适当的温度，从而使大量的硫酸亚铁结晶析出，达到除去大量铁含量的目的。分离、过滤是由离心机分离，抽滤及板框压滤三个工序构成。冷冻后的钛液经离心机分离及抽滤池抽滤，得到初步净化的稀钛液，最后将稀钛液通过板框压滤，得到符合生产需要的清钛液。

3.7.4 水解

采用外加晶种常压水解技术。水解是钛白生产的关键工序之一，以往采用的加压水解工艺，不利于设备的大型化，现在通常都采用常压水解技术。常压水解又分为外加晶种和自生晶种两种，由于外加晶种需要另设一套晶种制备设施，而且预先制备好的晶种将定量加入到水解槽中，有利于钛液充分水解，能有效地控制水解粒子的形状和大小，蒸汽耗用相对较低。完成这一水解过程关键是拥有合适的设施、严格的操作及控制，本项目采取合理设备结构和布置，再加上PLC 操作，对温度、压力、流量、组分、色度等进行全面的控制，减少人为误差，确保获得最佳的水解工艺条件和稳定的产品质量。

3.7.5 水洗、漂洗

水洗的任务是将水合二氧化钛与母液分离，再用水洗涤以除尽偏钛酸中所含可溶性杂质，例如亚铁离子、铬离子、铜离子、锰离子等。经过水洗而仍残留在水合二氧化钛中的最后一部分杂质（高铁为主），则以漂白、洗涤来除去，即在酸性条件下用还原剂将不溶的高价铁还原为可溶性的亚铁，再进行二次水洗，确保亚铁离子含量在10×10-6 以下。

3.7.6 盐处理

盐处理是在盐处理锅中进行。在充分搅拌的情况下，向偏钛酸浆液中加入碳酸钾和磷酸等盐处理剂，可防止煅烧物料烧结，降低金红石型转化温度，隐蔽杂质元素的显色，使煅烧产品颗粒松软，色泽洁白等。

3.7.7 煅烧

目前回转窑是最广泛采用的煅烧设备。盐处理后的偏钛酸在回转窑中经高温脱水、脱硫及晶型转化等过程，得到具有颜料性能的钛白粉。

3.7.8 粗品打浆

采用辊压磨的研磨工艺，与球磨机配合使用，用硅酸钠作为无机分散剂，与使用雷蒙磨相比设备投资更省，电耗更低，操作更为简便。

3.7.9 包膜

采用自动化包膜工艺。包膜是改善产品性能，获得不同产品品种的主要途径之一，在获得钛白半成品后，往往由于半成品颗粒表面的缺陷而影响了成品的质量。因此，众多的研究人员对其表面进行了研究，采用各种不同的工艺配方，在颗粒表面包履一层特殊的膜，而这些膜由于配方工艺不同而形成各品种的特性，形成了不同的钛白品种牌号。一旦工艺设定，则整个过程均可自动完成，从而确保产品质量始终如一。

当更换产品品种时，只需在电脑中调整设定值，则新的产品品种随之产生，从而为生产众多的产品品种和高质量的产品创造了极为有利的条件。

3.7.10 干燥

采用喷雾干燥工艺，对经洗涤后的钛白粉经过高速离心作用与热空气充分接触，使进料水分快速蒸发，从而得到满足气流粉碎要求的干燥物料。使用喷雾干燥法需严格控制滤饼料浆的固含量，以达到节约能耗的目的。有关资料表明，高生产力的干燥器，其滤饼料浆的固含量在42%-55%最为适宜，此固含量下，既节约了天然气，又不降低干燥器的生产

能力。

3.7.11 气流粉碎

气流粉碎机内的物料在高速气流的作用下，相互发生剧烈碰撞而被粉碎，汽粉同时加入有机处理剂进行有机包膜，以提高钛白粉的分散性。

4 项目风险分析

4.1 政策风险

近几年全球对金红石型钛白需求持续保持高速增长，随着全球二氧化钛市场不断细分，大量新产品的出现使需求增幅更大。吸油量过高导致钛白粉难于分散在树脂体系中，对于PVC、油墨和涂料会出现加工困难，因此开发低吸油量的金红石钛白粉可以更好地满足下游客户的需求。低吸油量金红石钛白粉研发项目符合我国发展战略，同时随着社会发展，对涂料的品质要求越来越高。因此，低吸油量金红石钛白粉属于当前国家产业政策和地方产业政策鼓励发展的产品，项目的政策风险较小。

4.2 技术风险

2000 年经省经济贸易委员会批准组建“省级企业技术中心”，主要开展钛白粉生产工艺研究和钛白粉在涂料、塑料、造纸、油墨等应用领域的研究和开发，2013 年经马鞍山市科技局批准组建“马鞍山市钛白粉应用工程技术研究中心”和“马鞍山市钛白晶型控制及表面处理重点实验室”，加强钛白粉机理研究和生产工艺革新。

4.3 市场风险

涂料行业是钛白粉第一大用户，钛白粉作为涂料配方中不可或缺的色料，可使涂料具有较高的遮盖力，光泽好，耐候性高，印刷时不穿透，不掉色、使用时间持久。经过特殊配方设计和表面处理的金红石型钛白粉，可以满足要求。本低吸油量金红石钛白粉研发项目，采用国内先进的生产技术和设备，突出专业化、高端化的特点，并与实际条件相结合，使项目技术先进、经济合理、安全适用，主要设备立足于国产化。经过精心设计与整改保证了项目建设质量，节省用地，开展综合利用，降低生产成本，项目本身的市场风险较小。

4.4 管理风险

我公司是国内最早生产颜料级钛白粉的企业之一，早在20 世纪80 年代中期我公司即开始生产锐钛型钛白粉，随后于90 年代中期开始生产金红石型钛白粉，成为国内较早生产金红石型钛白粉的企业。2009 年公司经过转制引入民营资本，钛白产业得到了长足的发展，钛白粉产能由不到10kt/a 通过短短4a 迅速提高到10kt/a，成为国内单套装置最大的钛白粉生产厂家之一，在国内钛白粉行业具有举足轻重的地位。低吸油量金红石钛白粉是我公司众多技术人员集多年生产实践经验和科研积累，在经过充分的调研和论证的基础上，投入大量资源自主研发的新一代高性能产品，其各项性能指标与国外同类型产品相比基本相当。在绝大多数领域中可以替代进口产品，而该产品的市场售价却比同类型进口产品低很多，因此与国外产品相比，在涂料领域中具有较强的市场竞争力。与国内产品相比，由于该产品的质量和成本优势较为明显并且国内市场急剧增长的消费量等因素均为该产品提供了重要保障，因此该产品同样具有很强的市场竞争力。

4.5 环境风险分析

本项目采用先进的生产工艺，产品质量标准达到美国、欧盟同类厂家质量标准，所产废硫酸经浓缩后100% 回用于硫酸装置制酸和钛白粉酸解。生产中产生的一水硫酸亚铁进入污水处理系统进行石灰乳中和，废水中和产生的石膏作为建筑砌块或板材原料，大大减少废渣外排。江苏太白集团，四川龙蟒集团等大型企业都已有石膏制砖的成功经验。采用先进高效的污水处理措施，提高了水的循环利用率，使外排污水减至最低并达标排放。故本项目建设完全符合国家重点鼓励发展的产业结构调整指导政策。在本项目实施过程中，对环保工程与主体工程执行“三同时”，在严格管理和精心操作下，可以保证本项目投产后，不会对环境造成影响，本项目的环境保护措施是可行的。