水合二氧化钛的制造---钛液水解的基本原理

    水合二氧化钛的分子式可以写成TiO₂·H₂O或H₂TiO₃、TiO(OH)₂,也称氢氧化钛或偏钛酸。水合二氧化钛的制造是硫酸法钛白粉生产工艺的核心部分，也是整个工艺控制最苛刻的地方之一。它是把黑色钛的硫酸盐溶液(钛液)、通过加热水解，从母液中析出白色水合二氧化钛的沉淀，从而与母液中其他可溶性金属杂质离子分离，以利进一步提纯二氧化钛。水解产物的质量好坏，不仅影响后工序的正常操作，而且直接影响最终产品的质量，往往会造成无法补救的质量损失。在生产颜料级钛白粉时，对水解的要求，首先是水解产物必须是具有一定粒子大小、粒子分布均匀、易于过滤和洗涤的水合二氧化钛沉淀，其次才是希望有较高的水解率、设备简单、操作方便等技术经济指标，因为水合二氧化钛的粒子性质直接决定了二氧化钛的光学性能和颜料性质。因此有人干脆把钛的硫酸盐溶液的水解过程称为水合二氧化钛粒子的制备过程是有一定道理的。    钛液的水解机理十分复杂，其化学反应式可以简单规纳如下：                                 Ti(SO₄)₂+H₂O→TiOSO₄+H₂SO₄                  (1)                                 TiOSO₄+2H₂O→H₂TiO₃↓+H₂SO₄                  (2)    上述化学反应式中(1)式几乎不存在或存在很少，因为当工业生产中的钛液F值小于2.45时，溶液中应该以TiOSO₄为主。从理论上来讲只有不含游离酸的中性水溶液中，TiOSO₄才会全部水解生成H₂TiO₃，而实际上不仅钛液中含有大量游离酸，并且在水解过程中还会释放出游离酸，因此钛液的水解产物不仅是H₂TiO₃,还有TiOSO₄。如果把TiOSO₄用TiO₂·SO₃来表示，把H₂TiO₃用TiO₂·H₂O来表示，钛液水解的产物实际上是一系列含水并呀附一定量SO₃二氧化钛胶体凝聚物，其分子式应为TiO₂·xH₂O·ySO₃,因此正确的名称应是水合二氧化钛，其中TiO₂、H₂O、SO₃之间的关系，即x和y的数值要视水解条件、溶液中F值的高低而不同。    由于氢氧化钛具有两性特征，且偏酸性，故可称为钛酸，其中Ti(OH)₄称为a钛酸或正钛酸；TiO(OH)₂则称为β钛酸或偏钛酸，通常人们为了记忆和书写的方便，习惯上总把水合二氧化钛称为偏钛酸，并书写成H₂TiO₃。    钛液水解所生成的水合二氧化钛中的H₂O和SO₃,不是以化合状态与二氧化钛化学结合在一起的，而是以一种非常牢固的吸附作用而结合在一起，用水洗涤的方法很难全部除干净，工业上可以采取加热煅烧的办法，一般SO₃在700℃时即可除掉。水合二氧化钛胶体具有很大的表面积，利用水合二氧化钛的这种强烈地吸附作用，有人曾用偏钛酸来吸附海水中的铀，或用它吸附金属杂质离子的能力来净化其他溶液，如在钛白粉生产中就可以用偏钛酸来吸附硫酸铝溶液中的铁，用它净化后的硫酸铝溶液用于二氧化钛的表面处理。