鈦白粉加入磷酸作用
鈦白粉可分為銳鈦型鈦白粉和金紅石型鈦白粉，它們都是工業(yè)上的重要增白劑。在銳鈦型鈦白粉的使用過(guò)程中需要加入磷酸，但是很多人都不知道加入磷酸會(huì)起到什么樣的作用，下面我們就來(lái)了解一下銳鈦型鈦白粉加入磷酸會(huì)起到什么樣的作用。
1.為什么要加入磷酸
在生產(chǎn)電焊條級(jí)鈦白粉時(shí)，由于鈦白粉含磷高，對(duì)焊縫有冷脆性，因而要求鈦白粉的含磷量不能大于0.05%，這樣，在生產(chǎn)中不僅不能加入磷酸，而且還要嚴(yán)格控制，特別在礦源上不允許有偏高的含磷量。但是在生產(chǎn)銳鈦型鈦白粉顏料時(shí)，不僅沒(méi)有嚴(yán)格的含磷要求，而且還要加入磷酸或其他鹽，使之提高鈦白粉的白度和耐候性。不過(guò)鈦礦含磷過(guò)高也不好，因?yàn)樗峤夂罅滓粤姿峄蛄姿岫䴕潲}的形式而存在，很容易與鈦結(jié)合成對(duì)應(yīng)的難溶鈦鹽隨著殘?jiān)怀�，而造成鈦回收率降低�?/span>
基于在生產(chǎn)銳鈦型鈦白粉時(shí)，偏鈦酸經(jīng)水洗或漂白后，pH值仍在2-3之間，硫酸亞鐵仍未達(dá)到其水解的pH值6.5，仍以二價(jià)鐵離子存在。有些廠家沒(méi)有漂白工序，一部分二價(jià)鐵在水洗時(shí)受到水中的溶解氧氧化而變成三價(jià)鐵，三價(jià)鐵在水洗至pH值為1.5時(shí)，即水解生成氫氧化鐵沉淀，夾雜在偏鈦酸中。這些二價(jià)鐵和氫氧化鐵雜質(zhì)，如果不加處理，直接送去煅燒，則在煅燒條件下，會(huì)生成紅棕色的氧化鐵，這就大大地影響到鈦白粉的白度。因此，在煅燒前必須進(jìn)行鹽處理，在鹽處理中加入適量的磷酸或其他鹽，使磷酸與氫氧化鐵反應(yīng)生成淡黃色的穩(wěn)定的磷酸鐵;使磷酸與二價(jià)鐵反應(yīng)生成白色或灰白色的亞鐵的磷酸一元或二元鹽，這些二價(jià)鐵的磷酸鹽，在鍛燒的條件下，也被氧化成淡黃色的磷酸鐵。由于淡黃色的磷酸鐵遠(yuǎn)比紅棕色的氧化鐵淡得多，這樣，對(duì)鈦白粉的白度影響就小得多，以達(dá)到提高鈦白粉白度的目的。
2.過(guò)多或過(guò)少加入磷酸有何弊處
在鹽處理時(shí)，加人適量的磷酸或其他鹽，可以提高鈦白粉的白度和耐候性，并且使顆粒松軟、容易粉碎，在生產(chǎn)銳鈦型鈦白粉時(shí)能促進(jìn)其向銳鈦晶型轉(zhuǎn)化和防止金紅石晶型生成。但是若加入的磷酸過(guò)多，則其入窯偏鈦酸的酸度增大，脫硫困難，使達(dá)到最大消色力的煅燒溫度移向較高溫度處，提高了煅燒溫度，使物料在較高溫度下煅燒，有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生燒結(jié)現(xiàn)象，不僅浪費(fèi)燃料，而且會(huì)使煅燒物粒子堅(jiān)硬，難于粉碎，鈦白粉的白度和消色力降低，吸油量升高。
若加人磷酸過(guò)少，相對(duì)地增大碳酸鉀的用量，使酸度降低，有利于物料在較低溫度下脫硫，使煅燒物顆粒松軟，色澤潔白和消色力提高及吸油量降低。甚至由于碳酸鉀相對(duì)增大，即使在較高溫度下煅燒，也不失去其優(yōu)良的顏料性能，因?yàn)檩^高溫度煅燒時(shí)，二氧化鈦的顆粒致密，有利于提高產(chǎn)品的耐候性和降低吸油量。但是磷酸用量過(guò)少，不足以將全部鐵轉(zhuǎn)化為淡黃色的磷酸鐵，而未轉(zhuǎn)化的鐵最終仍以紅棕色的氧化鐵出現(xiàn)，達(dá)不到提高鈦白粉白度的目的。
3.應(yīng)該怎樣加磷酸才能達(dá)到要求
根據(jù)計(jì)算，水洗偏鈦酸含鐵在l00ppm的話，其真正與鐵作用所需的磷酸并不多，若加入總鈦0.1%的磷酸，則其與鐵作用所需的磷酸只占加入總磷酸量的15.1%，即使鐵在150ppm，則其與鐵作用的磷酸也只是占加入總磷酸量的22.7%，由此可見(jiàn)，所加入的磷酸已綽綽有余。
但是事實(shí)并非如此，檢測(cè)鹽處理后偏鈦酸的濾液中，根本就沒(méi)有磷酸根離子。說(shuō)明磷酸已全部生成難溶的磷酸鹽了。
為什么加入的比計(jì)算量剩余那么多的磷酸，而最終在濾液中沒(méi)有磷酸呢?原因是偏鈦酸中含有較多的能與磷酸根離子生成難溶磷酸鹽的金屬離子，這些金屬離子都需要與磷酸作用，生成難溶的磷酸鹽而消耗了磷酸，因此在鹽處理后的濾液中便測(cè)不到磷酸根離子。
另外，從鹽處理后的濾液中，還發(fā)現(xiàn)含有不少的二價(jià)鐵離子，說(shuō)明偏鈦酸中還有可溶鐵，這樣的鐵帶入到回轉(zhuǎn)窯去煅燒，最終會(huì)生成紅棕色的氧化鐵而影響鈦白粉的白度。
按計(jì)算量所加磷酸全部與鐵作用后，應(yīng)該仍有較多的磷酸剩余，但是最后不僅濾液中沒(méi)有磷酸剩余，甚至連鐵也沒(méi)有作用完。究其原因:①是由于偏鈦酸中含有能與磷酸根生成難溶磷酸的金屬離子過(guò)多，這些金屬離子濃度與磷酸根離子濃度積，比二價(jià)鐵離子濃度與磷酸根離子濃度積小得多。這些金屬離子先與磷酸根離子作用，生成難溶的磷酸鹽而消耗了全部或大部分磷酸，使整個(gè)體系已經(jīng)沒(méi)有或者很少有磷酸根與二價(jià)鐵作用了，以至在濾液中仍有較多的二價(jià)鐵;②偏鈦酸中的鐵為二價(jià)鐵，二價(jià)鐵在pH2-3的酸度下，難以生成難溶的亞鐵磷酸鹽沉淀，而需要在pH6的酸度下，才能全部生成亞鐵磷酸鹽沉淀。根據(jù)上述分析，要使偏鈦酸的濾液沒(méi)有鐵離子而稍有微量磷酸根離子，就必須采取下列措施。
3.1除去重金屬離子
先除去與酸酸根離子容易生成難溶磷酸鹽的重金屬離子，從而減少鹽處理時(shí)磷酸根的消耗。
一般重金屬離子與磷酸根離子生成磷酸鹽的離子濃度積都很小，雖然在酸解后浸取時(shí)，已加入鐵屑將三價(jià)鐵還原為二價(jià)鐵，有些重金屬離子己被鐵還原而除去，但是仍有一些重金屬未被還原，這些未被還原的重金屬中，雖然有些重金屬離子與磷酸根離子生成的難溶磷酸鹽是白色的，對(duì)影響鈦白粉白度無(wú)礙，但是有些難溶的磷酸鹽卻是帶色的，會(huì)影響到鈦白粉的白度。另外，這些重金屬離子與氫氧根離子生成重金屬氫氧化物的離子濃度積也很小，在偏鈦酸水洗的酸度較大時(shí)，就能生成難溶的重金屬氫氧化物沉淀夾雜在偏鈦酸中，最終通過(guò)煅燒燒生成重金屬氧化物，其中有些氧化物也是帶色的，影響鈦白粉的白度。再有，重金屬雜質(zhì)的混入，不僅由于重金屬元素本身的顯色作用而使鈦白粉帶色，最終影響鈦白粉的白度，更重要的是重金屬離子的引入，使二氧化鈦晶格扭曲或晶格變形，失去對(duì)稱性而發(fā)生色彩反應(yīng)，使鈦白粉帶色而不夠純白。因此必須從根本上將重金屬除去。除去重金屬的方法，是在酸解浸取得到的鈦液中，加入某種無(wú)機(jī)物少量，讓其與重金屬離子作用生成重金屬化合物沉淀，隨著殘?jiān)怀�。由于容易與磷酸根生成難溶磷酸鹽的重金屬，浸取時(shí)已被除去，因此，鹽在處理時(shí)消耗的磷酸或磷酸鹽就會(huì)減少。
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