氯化法生产钛白(production Of Titanium White Bychlorination Process)

以金红石、钛渣等为原料，经氯化、提纯制得的精TiCl₄，再经氧化和表面处理制取钛白的过程，为铁白生产方法之一。其技术关键是TiCl₄氧化工艺。20世纪40至50年代，美国杜邦公司(DuPontco)研究用氯化法制取钛白获得成功，并用于工业生产。至80年代末，世界上仅有美国、英国、日本、德国、加拿大等少数几个国家用这种方法生产钛白，但产量已占世界钛白总产量的40%以上，而美国的氯化法钛白占其钛白总产量的85%以上。

氯化使原料中钛的氧化物转变为TiCl₄并除去杂质的过程。所用的原料除(天然)金红石外，亦可采用人造金红石、钛渣和钛白石等。氯化(见四氯化铁制取)制得的粗TiCl₄经提纯(见粗四氯化钛精制)得精TiCl₄后用作制取TiO₂的原料。

氧化TiCl₄与氧气在高温下作用制取TiO²粉料的过程。氧化作业工艺流程见图。TiO₂粉料经打浆、脱氯得钛白浆液送表面处理。

TiCl₄气相氧化制取TiO₂的主要反应是：

TiCl₄(g)+O₂(g)==TiO₂(s)+2Cl₂(g)

过程为放热反应，标准生成热△H为一181．6kJ/mol。

金红石型钛白粉的质量除与其杂质含量有关外，还直接受氧化反应形成的初始TiO₂颗粒特性及金红石型转化率的影响。对初始TiO₂颗粒特性的要求为：

粒子的最佳直径为0.15～0.35um，平均粒度为0.2um；粒形以圆形或椭圆形为佳。为此，须使TiCl₄与氧气在高温下迅速而均匀地混合，并进行快速反应。生成的TiO₂只能在反应器内停留约0.1～0.01s，以防止颗粒长大。要使反应区形成均衡的温度带，并保持均一的反应条件，以利于生成均匀的细粒度二氧化钛。

氧化反应温度影响反应速度、初始TiO₂颗粒的特性和TiO₂的晶型转化。反应区的温度控制在1573～1973K。氧化反应释放的热量不足以维持所需的温度，一般采用预热TiCl₄和氧气以及对反应区供热相结合的方法来补充热量。TiCl₄在高温下会强烈地腐蚀容器，一般预热到773K温度左右为宜。氧气可预热到1373K温度。为加热反应区，可往氧化器附设的燃烧室内加入C0或甲苯进行燃烧发热，或用高频等离子体或电弧等离子体加热。

TiCl₄和氧气流相互以正交或略小于90角度导入氧化反应器，使二者在尽可能窄的截面上快速混合、反应。氧化过程除必须控制足够高的温度外，还要加入一定量起晶型转化和成核作用的晶核剂AlCl₃，产物TiO₂中金红石型转化率达99%以上，并能保持一定粒径，添加的AlCl₃可在氧化装置中由铝粉与氯气反应直接制得。

工业生产中还常采用喷砂法和气流吹扫法来防止生成的TiO₂在氧化反应器壁上沉积结疤。喷砂法是用高速气流将粒度为0.2～1．5mm的SiO₂、A1₂0₃、Ti0₂、NaCI等无棱角粒子喷射到器壁上，刮除附着在器壁上的TiO₂。气流吹扫法是用氧化作业后的部分尾气(含大量氯气)以高速喷入氧化器内，使其在环形器壁上形成一定厚度的气膜层，把TiO₂粉和器壁隔离，而消除TiO₂在器壁上沉积结疤；通入的高速气流还可降低器壁温度，使氧化反应器免受磨蚀。也可用多孔状材料制成的氧化反应器的器壁，在氧化作业时，由器壁外喷入气体，将器壁内表面温度控制在一定范围，避免TiO₂烧结，并使沉积的TiO₂随气流从器壁上带走而除去。

氧化反应生成的TiO₂和Cl₂等高温气固混合物迅速冷却后，经布袋收尘进行气固分离，含大量氯气的尾气经处理后送往氯化车间；钛白粉颗粒经打浆分散及脱氯后，送表面处理。

参与氧化反应的TiCl₄、O₂、Cl₂、A1C1₃等高温气体均有强腐蚀性，氧化反应器和有关设备须选用耐腐蚀材质制造。

表面处理调成浆料及脱氯后的二氧化钛颗粒，经磨细、水力分级，再进行颜料钛白的表面处理，最后，经气流粉碎制得成品颜料钛白。

展望和硫酸法生产钛白相比，氯化法具有产品质量高、生产能力大、技术先进、污染废物少、氯气可循环利用、有利于环境保护等优点；但也存在氧化工艺技术难度大、设备结构复杂并需用价高的材质制造等问题。优先发展氯化法钛白已成为钛白生产发展的必然趋势。