鈦液的水解是二氧化鈦組分從液相(鈦液)重新轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔?偏鈦酸)的過程，從而與母液中的可溶性雜質(zhì)分離以提取純二氧化鈦。 水解工序是硫酸法生產(chǎn)中及其重要的工序之一。水解作用的優(yōu)劣不但影響工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟性，而且對最終產(chǎn)品的質(zhì)量有極大的關(guān)系，水解時造成的差錯往往在后工序是不能挽救的。
工業(yè)上對水解有如下要求：第一，水解率要高，即液相中的二氧化鈦組分轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟陌俜致室�，在不影�?成品質(zhì)量和性能的條件下水解率越高越經(jīng)濟;第二，水解產(chǎn)物必須是具有一定大小而均勻的粒子， 組成要恒定，同時易于過濾與洗滌;第三，工藝條件要成熟易于控制;水解產(chǎn)物的質(zhì)量要穩(wěn)定，設(shè)備要簡單，能適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的需要。
A、水解工藝基本原理
a. 鹽類的水解
由弱酸或弱堿生成的鹽，溶于水時，會發(fā)生水解反應(yīng)，而使溶液呈堿性或酸性。例如弱酸鹽醋酸鈉，水解后生成微弱電離的 HAC 分子而釋出 OH-離子，使溶液呈堿性。
弱堿鹽氯化銨，水解后則生成微弱電離的 NH OH 分子而釋出 H+離子，使溶液呈酸性。
反應(yīng)進行到各有關(guān)濃度之比等于其水解常數(shù)值，反應(yīng)便達到平衡。 如果水解的生成物是難溶物質(zhì)或氣體，就破壞了反應(yīng)平衡，使反應(yīng)繼續(xù)進行，甚至可達到完全水解的程度。例如：混合氯化鋁溶液和碳酸鈉溶液時，溶液中便發(fā)生相當(dāng)于碳酸鋁完全水解的反應(yīng)�！�
影響鹽類水解度的因素，有溶液的溫度、所含鹽的濃度和溶液的 pH 值。因為水解反應(yīng)是吸熱反 應(yīng)，所以提高反應(yīng)溫度促使平衡向水解方向移動，增加水解的程度。降低溶液中所含鹽的濃度有利 于鹽的電離，也能使水解程度提高。但對水解率影響最大的是 pH 值，因為在鹽類達到水解平衡之后， 加入 H+或 OH-便能破壞平衡使反應(yīng)向順或逆向移動。如對弱酸強堿的鹽，若提高溶液的酸度能抑止鹽 的水解使水解平衡向逆方向移動。所以對于鐵(Fe3+,Fe2+)，鋁(Al3+)，錳(Mn2+)，銅(Cu2+),鎳(Ni2+), 釩(VO2+),鉛(Pb2+)等金屬的硫酸鹽或鹽酸鹽，它們在酸度較高的溶液中一般不會水解，生成相應(yīng) 的氫氧化物沉淀。
在硫酸法鈦白生產(chǎn)過程中，由于鈦液的酸度很高，所以在熱水解過程中它所含的雜質(zhì)金屬離子 受到酸度的抑制而不會水解。
b. 鈦液的水解反應(yīng)
鈦液的水解與一般鹽類的水解有所不同，它沒有一個固定的 pH 值，只要在加熱或者稀釋的條件 下它即能水解而析出氫氧化鈦的水合物沉淀。甚至在酸度極高(如含 H2SO4 400～500g/l)時，經(jīng) 長時期的煮沸也會析出沉淀。因此在水解前的各工序中，鈦液的溫度應(yīng)控制在 70℃以下，同時也應(yīng) 避免過分稀釋以免發(fā)生早期水解的危險。
在常溫下用水稀釋鈦液時，析出的是膠體氫氧化鈦沉淀。這種水合物即使在常溫下也很易溶于 有機酸、稀的無機酸、堿以及鈦鹽溶液中，這樣的溶液具有明顯的膠體特征。這種水合物的組成接 近于二氧化鈦二水合物 TiO2·2H2O 或者 Ti(OH)4。
當(dāng)水合物陳化時，例如經(jīng)過加熱則失去膠體特征和易于膠溶的能力，也喪失了易溶于有機酸、弱 酸、堿和鈦鹽溶液的能力。此時，其組成也發(fā)生變化，接近于一水合物——TiO2·H2O 或者 TiO(OH)2。
由于鈦的氫氧化物具有兩性的特征，且偏酸性，故可把它們看成是鈦酸，Ti(OH)4 就是正鈦酸或
α鈦酸 H4TiO4;TiO(OH)2 就是偏鈦酸或β鈦酸 H2TiO3。經(jīng) x 射線分析表明，正鈦酸是無定型化合物， 而偏鈦酸具有不太明顯的晶體結(jié)構(gòu)，它與銳鈦型二氧化鈦的晶體結(jié)構(gòu)完全相同。據(jù)此可以認(rèn)為鈦酸 實質(zhì)上是高分散和活性狀態(tài)的二氧化鈦，它牢固地吸附著一定數(shù)量的水。
如果將鈦液加熱使其維持沸騰也會發(fā)生水解反應(yīng)，生成白色偏鈦酸沉淀。這是硫酸法鈦白生產(chǎn)， 在工業(yè)上制取偏鈦酸的唯一方法。
水解生成的偏鈦酸具有無定型結(jié)構(gòu)或者不明顯的銳鈦型微晶體結(jié)構(gòu)，其直徑為 3～10 微米，它們按一定的方向(20～30)配位成為膠粒。膠粒在硫酸鹽離子的作用下加速凝聚，構(gòu)成凝聚體(偏鈦酸) 而沉析出來。它決定著二氧化鈦粒子的大小。凝聚體的大小為 0.4～2.0 微米(基本上為 0.55～0.75 微米)，它的比表面積約為 60～70m2/克。由于比表面積很大，所以能夠吸附相當(dāng)數(shù)量的水和硫酸根離子。每克分子偏鈦酸約吸附 0.1 克分子 SO4 ，所以 H2TiO3 的組成近乎是 10 H2TiO3SO3。也有些報道 認(rèn)為凝聚體的大小僅 0.6～0.7 微米，這些顆粒是由大約 1000 個 60～75 毫微米的小微粒膠凝而成， 每個微粒約含有 20 個 20A°的微晶體，這是加到溶液中去的晶種。
水解過程中，不僅發(fā)生粒子凝聚成為偏鈦酸沉淀而析出，而且以前析出的沉淀會重新溶解，然 后又以組成改變了的固相形態(tài)析出。偏鈦酸的具體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且因水解條件的不同而各有所 異。我們可以 TiO2·xSO3·yH2O 來表示，式中 x 和 y 都是不固定的。因此工業(yè)上的水解產(chǎn)物的正確 名稱應(yīng)是水合二氧化鈦而不是偏鈦酸，但為簡便通俗，以后仍稱偏鈦酸。
水解在三氧化鈦生產(chǎn)中極為重要，水解的條件決定著微晶體、膠粒和粒子的大小，歸根到底也 就是決定著最終產(chǎn)品的質(zhì)量。
以上就是通常所說的鈦液的熱水解過程。此反應(yīng)是在較高的酸度下進行的，并且隨著反應(yīng)的進 行，偏鈦酸的析出，使結(jié)合著的酸游離出來，增加了游離酸的濃度。由于其他金屬鹽類只能在很低 的酸度下才能發(fā)生水解而殘留在母液中(俗稱廢酸)，因而析出的偏鈦酸應(yīng)是“純凈”的。然而，在 實際生產(chǎn)時，偏鈦酸總會含有雜質(zhì)，這是由于它具有很大的比表面積而吸附雜質(zhì)，而且它是膠粒的 凝聚體，在凝析聚沉?xí)r會夾著雜質(zhì)共同沉析。
B、鈦液熱水解過程的步驟
根據(jù)研究結(jié)果表明，水解過程大致可以分為以下三個階段。
a. 第一階段----晶核的形成
水解的第一步，是從完全澄清的溶液中析出第一批極為微小的結(jié)晶中心，稱為晶核。不同的水 解條件，得到的是不同數(shù)量和具有不同組成的晶核。晶核的數(shù)量與組成決定了水解沉淀物的組成， 也決定了最后成品的性質(zhì)。因此水解是二氧化鈦生產(chǎn)中最主要的一環(huán)，而形成結(jié)晶中心是水解過程 中最重要的一環(huán)。
在實際生產(chǎn)中，生成晶核有二種方法，一種是在原來溶液中培養(yǎng)晶核，即所謂自生晶種;另一 種是另外制造晶核，而后把它引人澄清的溶液中去，即所謂外加晶種。
b. 第二階段----晶核的成長與沉淀的形成
當(dāng)晶核形成后，如果使水解作用繼續(xù)進行，則根據(jù)結(jié)晶原理，在晶核表面便發(fā)生鈦的固析。這就促使晶核逐漸累積長大，當(dāng)達到相當(dāng)大小時便成為沉淀而沉析出來。
c. 第三階段----熟化
沉淀物的組成以及溶液組成，隨著水解作用的進展而改變當(dāng)沉淀物開始析出后，水解作用仍以 較大的速度在進行，晶體繼續(xù)成長。在這階段里，溶液的成分隨著沉淀而不斷變化。TiO2 的含量逐 漸降低，而游離酸濃度不斷提高。這個變化直接影響了沉淀物的組成，能使沉淀的粒子局部溶解， 而后又重新析出新組成的沉淀，也可能是固體沉淀物的直接轉(zhuǎn)化。這個過程不斷繼續(xù)直到水解完全， 溶液中只剩下極少數(shù)的鈦及較濃的硫酸，此時沉淀物的組成才最后固定下來。
鈦液中三價鈦離子的水解 pH 值接近于3，并且不具有膠體特征，所以在熱水解過程中它不發(fā)生 水解反應(yīng)，不產(chǎn)生沉淀。在熱水解結(jié)束后仍留在母液中。但由于攪拌及沸騰的影響，會有部分被空 氣氧化而成為硫酸氧鈦。
2Ti2(SO4)3+O2+2H2O=4TiOSO4+2H2SO4
水解后母液中應(yīng)保持 Ti+3 含量在 0.5 克/升左右。
C、水解的方法和操作
在工業(yè)生產(chǎn)上有三種水解方法：外加晶種加壓法水解;外加晶種常壓法水解;自生晶種稀釋法 水解。這里主要介紹第三種方法的水解操作。
自生晶種加壓法水解的操作過程如下：首先在水解鍋里注入一定量的沸水然后在攪拌下預(yù)熱至 90-98℃含二氧化鈦 250 克/升左右的濃鈦液于 16-18 分鐘內(nèi)加入水解罐中，控制鈦液與沸水的體積 比為 4:1。用直接蒸汽加熱到沸騰進行水解。開始時鈦液由于稀釋生成沉淀，但在繼續(xù)注入濃鈦液 時由于酸度提高而重新溶解，形成具有一定性質(zhì)的晶核，這個過程大約在一分鐘之內(nèi)就能完成，加 完鈦液后，在一定的時間內(nèi)將鈦液升溫至沸騰，使之水解。當(dāng)溶液達到一定的比色標(biāo)準(zhǔn)后，即表示 水解的誘導(dǎo)期結(jié)束，此時水解反應(yīng)迅速進行，為得到良好的偏鈦酸粒度，這時最好停一段時間攪拌 和蒸汽加熱。在停攪拌和蒸汽的過程中，水解反應(yīng)迅速進行，溶液由蘭灰色變?yōu)辄S褐色，然后再開 啟攪拌和蒸汽加熱，使溶液升溫至沸騰，沸騰一定的時間以后，再緩慢的加入一定量的稀釋水調(diào)節(jié) 總鈦濃度為 160-170 克/升繼續(xù)水解，加完稀釋水還應(yīng)保持漿料沸騰直到水解完全。在水解的過程中 始終要保持漿料沸騰。在水解過程中攪拌速度控制在大約 10 轉(zhuǎn)/分�？偹鈺r間為 5.5hr 左右。
自生晶種稀釋法水解流程簡單，不需另設(shè)制造晶種的設(shè)備，但在晶種制備過程中控制比較困難， 晶種的好壞直接影響水解產(chǎn)品的好壞，最終決定成品的粒度及白度等重要指標(biāo)，故水解操作時必須 精細，各指標(biāo)必須嚴(yán)格控制。
