钛白粉生产的关键技术要点贯穿硫酸法和氯化法两大工艺，涉及原料处理、晶型控制、杂质去除、表面改性及环保节能等核心环节。
一、原料预处理与纯度控制
1. 硫酸法原料处理
钛铁矿粉碎与配比：需将钛铁矿粉碎至细粉（粒径 < 0.15mm），与硫酸按比例混合（酸矿比 1.8-2.2:1），确保酸解反应充分。
钛渣酸溶性优化：酸溶性钛渣需控制 CaO、MgO 等杂质含量（<1%），避免酸解时生成沉淀影响钛液纯度。
2. 氯化法原料要求
高品位钛矿筛选：金红石矿或人造金红石的 TiO₂含量需≥90%，且 Fe、Mg、Ca 等金属氧化物含量低（总和 < 1%），防止氯化时生成杂质氯化物（如 FeCl₃）影响 TiCl₄纯度。
石油焦配比：作为还原剂，需控制固定碳含量≥85%，与钛矿按碳钛比（C/TiO₂）0.8-1.2:1 混合，确保氯化反应完全。
二、晶型控制技术（决定产品性能的核心）
1. 硫酸法晶型调控
金红石型转化：
晶种添加：在水解前加入金红石型 TiO₂晶种（粒径 5-10nm，添加量 0.5-1%），诱导偏钛酸在煅烧时定向转化为金红石型。
煅烧温度控制：金红石型需在 1050-1200℃煅烧（锐钛型为 900-1000℃），并添加转化促进剂（如 ZrO₂、Sb₂O₃，用量 0.1-0.5%），提高转化率至 95% 以上。
粒径与晶型均匀性：通过控制水解速率（温度、pH 值）和煅烧时间，使 TiO₂粒径分布在 0.2-0.3μm（理想范围），避免团聚。
2. 氯化法晶型调控
氧化条件精准控制：
温度与氧氯比：氧化反应温度 1000-1400℃，氧氯比（O₂/TiCl₄）控制在 1.2-1.5:1，高温促进金红石型生成，同时避免 TiO₂过度烧结。
反应器流场设计：采用流化床或固定床氧化反应器，确保 TiCl₄与 O₂混合均匀，反应停留时间控制在 0.1-1 秒，避免局部过热导致粒径不均。
三、杂质去除与纯度提升
1. 硫酸法除杂
钛液净化：
铁离子还原：酸解后钛液中加入铁屑，将 Fe³⁺还原为 Fe²⁺（降低溶液颜色深度），再通过冷却结晶（<20℃）使 FeSO₄・7H₂O 析出，过滤后钛液 Fe²⁺含量 < 0.05g/L。
微量金属去除：通过添加絮凝剂（如聚丙烯酰胺）或离子交换树脂，去除 Mn、Cr、V 等重金属离子（含量降至 < 10ppm），避免影响产品白度。
2. 氯化法除杂
TiCl₄精制：
蒸馏脱除低沸物：粗 TiCl₄中含 SiCl₄（沸点 57.6℃）、AlCl₃（沸点 180℃）等杂质，通过多级精馏塔在负压（0.05-0.1MPa）下蒸馏，收集 136℃左右的 TiCl₄馏分，纯度达 99.9% 以上。
化学吸附除氧：通过添加活性碳或金属钠，去除 TiCl₄中的微量氧（以 TiOCl₂形式存在），防止氧化反应时生成黑色 TiO₂杂质。
四、表面处理技术（改善应用性能）
1. 无机包覆（提升耐候性与分散性）
氧化物包覆工艺：
硅铝包覆：在 TiO₂浆料中加入 Na₂SiO₃和 Al (NO₃)₃溶液，调节 pH 至 8-10，使 SiO₂和 Al₂O₃以无定形水合物形式沉积在颗粒表面（包覆量 1-5%），形成致密保护层。
锆包覆：添加 ZrOCl₂溶液，在 pH 9-11 条件下生成 ZrO (OH)₂包覆层，增强耐候性（适用于户外涂料）。
2. 有机包覆（改善与基体相容性）
硅烷偶联剂处理：将钛白粉与 γ- 甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH-570）在水溶液中混合，于 60-80℃下反应 1-2 小时，硅烷分子通过羟基与 TiO₂表面键合，提升在塑料、橡胶中的分散性。
脂肪酸包覆：用硬脂酸或钛酸酯偶联剂处理，降低表面能，防止团聚，适用于油墨和涂料体系。
五、工艺参数精准控制
1. 硫酸法关键参数
酸解温度与时间：控制在 180-220℃，反应时间 4-6 小时，避免局部过热导致钛液焦糊。
水解率控制：钛液水解时需将 TiOSO₄转化率提升至 98% 以上（通过控制稀释倍数、升温速率），残留 TiOSO₄会导致煅烧后产品含硫酸盐杂质。
2. 氯化法关键参数
氯化反应炉温：维持 800-1000℃，确保 TiO₂与 C、Cl₂充分反应，避免生成 CO₂（导致炉内结渣）。
氧化反应压力：氧化反应器压力控制在 0.1-0.5MPa，高压可提高反应速率，但需耐高温合金材质（如 Inconel 600）防止设备腐蚀。
六、环保与节能技术
1. 硫酸法污染控制
废酸回收：采用真空蒸发浓缩技术（温度 120-150℃）将废酸（H₂SO₄浓度 20-25%）浓缩至 70% 以上，返回酸解工序循环使用，减少新酸消耗。
硫酸亚铁综合利用：通过煅烧 FeSO₄・7H₂O 制备铁红颜料（Fe₂O₃）或磁性材料（Fe₃O₄），降低废渣排放量。
2. 氯化法循环技术
氯气闭环利用：氧化反应生成的 Cl₂（纯度 95% 以上）经水洗、干燥后返回氯化工序，循环利用率达 98% 以上，减少氯气消耗和排放。
热能回收：氯化炉和氧化反应器的高温尾气（300-500℃）通过余热锅炉产生蒸汽，用于预热原料或发电，降低单位能耗（氯化法吨产品能耗较硫酸法低 30%）。
七、设备与自动化控制
硫酸法关键设备：耐酸搪瓷反应釜（酸解）、板框压滤机（固液分离）、回转窑（煅烧，内衬耐高温耐火材料）。
氯化法关键设备：竖式氯化炉（内衬石墨或碳化硅）、氧化流化床反应器（内壁涂覆惰性陶瓷涂层），需配套 DCS 自动化系统实时监控温度、压力、流量等参数，确保工艺稳定性。
