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鈦白粉生產(chǎn)已有100多年的歷史。人們每天都在使用這種重要的白色顏料，因?yàn)樗捎糜谟推?、塑料、食品和飲料、化妝品、紡織以及造紙等行業(yè)。2012年全球鈦白粉的需求量為530萬(wàn)噸（北美地區(qū)人均約為8磅）。
作為顏料，鈦白粉被分散到各種基料中，目的是散射和反射可見(jiàn)光。多年來(lái)，通過(guò)其折射率（RI），不同物質(zhì)可實(shí)現(xiàn)光的反射——折射率越高，反射就越高。在行業(yè)里通常使用的白色顏料中，二氧化鈦的折射率*（表1）?？梢?jiàn)光的散射為二氧化鈦提供最重要的光學(xué)性能，包括遮蓋率、亮度、光澤、色調(diào)（白度）和色相（彩色）、消色力（著色強(qiáng)度）、耐候性、耐久性以及耐磨性。
到目前為止，鈦白粉的生產(chǎn)還是采用硫酸法工藝（1916年）或者氯化法工藝（1948年）。這兩種工藝各有自己的優(yōu)缺點(diǎn)。最近位于加拿大的阿克斯鈦業(yè)公司（Argex）已從采礦企業(yè)（擁有Labrador礦資源）轉(zhuǎn)型為一家現(xiàn)代化鈦白粉生產(chǎn)商，采用公司開(kāi)發(fā)的第三種鈦白粉生產(chǎn)工藝——Argex技術(shù)（AT）。這種專(zhuān)有和專(zhuān)利的濕法工藝是使用溶劑提?。⊿X），即基于CTL溶劑提取技術(shù)。溶劑提取是一種冶金過(guò)程（液-液萃取），它是一種眾所周知的分離化合物技術(shù)。多年以來(lái)，廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域（如鈾生產(chǎn)）。
AT工藝（Argex技術(shù)工藝）
在AT工藝中，用酸過(guò)濾鈦鐵礦，接著用*種溶劑提取，去除鐵；然后，用第二種溶劑提取，去除二氯氧鈦（TiOCl2），獲得一種含鈦的透明溶液。水解該透明溶液，無(wú)雜質(zhì)和污染物，從而得到純的二氧化鈦。與硫酸法工藝相比，在AT工藝中顏料水洗步驟變得更加簡(jiǎn)單有效（圖1）。
用價(jià)格低廉、可用的二氧化鈦給料作為原材料，其由常規(guī)礦石供應(yīng)商提供（如鈦鐵礦），也可使用采礦業(yè)的“尾礦”（成本更低），這些原材料是其它工藝不能使用的。作為一種經(jīng)濟(jì)有效的工藝，AT對(duì)環(huán)境很有益，因?yàn)楦咝Ч?jié)能、不使用高壓或高溫和氯氣，該工藝也是封閉操作的，且惰性尾礦非常少，也易于回收處理。所有的副產(chǎn)品純度都很高、在各行各業(yè)（如水處理）中再利用都很容易。AT工藝是代表了環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的新技術(shù)，同時(shí)改善了鈦白粉生產(chǎn)工藝的碳排放量。
當(dāng)前在阿克斯工廠正在開(kāi)展這種有效的工藝，在魁北克的Sala-berry-de-Valleyfield進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。
*50000噸的生產(chǎn)裝置也將在這里進(jìn)行投建。利用褐地（Brownfield）的現(xiàn)有工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施可以節(jié)省時(shí)間和大量的資本支出，以及接納新增的鈦白粉生產(chǎn)模塊，并為今后的擴(kuò)張打下基礎(chǔ)?？拷饕劭?、鐵路和高速公路等基礎(chǔ)設(shè)施為海陸運(yùn)輸原材料和商品提供便利。該地區(qū)早已青睞濕法冶金和化學(xué)法加工工業(yè)，接近鹽酸的生產(chǎn)產(chǎn)地，毗鄰天然氣供應(yīng)站和魁北克水電公司（Hydro Quebec）的Beauharnois發(fā)電站，同時(shí)接近蒙特利爾特魯多（Trudeau）國(guó)際機(jī)場(chǎng)，使新工廠占盡天時(shí)地利。瓦利菲爾德（Valleyfield）工廠將于2015年初投入運(yùn)營(yíng)，并于2015年上半年開(kāi)始投產(chǎn)。
AT工藝制備純金紅石型鈦白粉
氯化法工藝始于在焦炭存在下，在流化床中于1000°C左右對(duì)礦物進(jìn)行氯化處理。焦炭是一種含碳量很高雜質(zhì)很少的原料，通常由煤炭制得。它是由低灰、低硫生煤通過(guò)分解蒸餾衍生出的固體含碳物。
硫酸法工藝是通過(guò)溶液（黑液）水解，沉淀出二氧化鈦，該黑液的制備是過(guò)濾含硫酸和其它少量金屬（特別是鉻、釩和鐵）的鈦鐵礦（FeTiO3），這些金屬會(huì)影響產(chǎn)品的顏色，使產(chǎn)品帶有黃色相（圖2）。
這兩種工藝在獲得最終固體二氧化鈦粒子前都含有少量的雜質(zhì)。這些雜質(zhì)會(huì)影響顏料的形態(tài)、粒徑和色調(diào)。通過(guò)兩種溶液萃取步驟，AT可以從透明溶液中沉淀出無(wú)雜質(zhì)的二氧化鈦（圖3）。
這三種鈦白粉生產(chǎn)工藝有很大的差異。AT工藝在質(zhì)量和成本上都有很大改善，它也是最理想的環(huán)保工藝（表2）。
從AT工藝中獲得的性能
可以通過(guò)參數(shù)，如遮蓋力（不透明度）、亮度和色調(diào)來(lái)表征白度。在涂料中，如果二氧化鈦能完全分散于基體中的話，這些性能將能被很好地開(kāi)發(fā)出來(lái)。
遮蓋力主要取決于光散射。通常人眼能看到400~700nm的波長(zhǎng)。通常眼睛適應(yīng)的*靈敏度約為555nm。當(dāng)粒子的直徑只有入射波長(zhǎng)的一半時(shí)，波長(zhǎng)散射變得更有效。二氧化鈦達(dá)到最有效的散射率時(shí)的平均粒徑約為0.28μm。其它主要參數(shù)包括：粒子設(shè)計(jì)（越球形越好）以及粒度分布（粒度分布越窄越好）。
通過(guò)AT工藝，經(jīng)過(guò)兩種溶液萃取后，從純二氯氧鈦溶液中獲得了二氧化鈦粒子。在二氧化鈦晶格沉淀中沒(méi)有其它金屬離子雜質(zhì)，如鐵、鉻、釩。因此這能更好地控制粒子大小的設(shè)計(jì)和分布。
亮度主要取決于顏料的純度。因?yàn)锳T工藝中的兩種溶液萃取步驟，通過(guò)該工藝獲得鈦白粉顏料比氯化法或硫酸法工藝生產(chǎn)的顏料含更少的有色微量元素。
色調(diào)可以看作是顏料的身份。必須要考慮兩個(gè)特性：色調(diào)（白色），其取決于粒徑平均值的多少；色相（灰色），取決于粒徑的分散。當(dāng)分散于彩色顏料的漿料中時(shí)，所得顏色可以不同，這取決于鈦白粉的批次，因?yàn)楦毯透L(zhǎng)的波長(zhǎng)分散是不一樣的。具有越粗粒徑分布的鈦白粉優(yōu)先分散紅色和綠色波長(zhǎng)，而更細(xì)粒徑分布的鈦白粉對(duì)藍(lán)色波長(zhǎng)有更好的分散性。
因?yàn)閹\藍(lán)色相的灰色更入人們的法眼，微黃色相具有褪色外觀，因此淺藍(lán)色相的鈦白粉是*。但是，我們必須記?。汉瑴\藍(lán)色相鈦白粉的細(xì)微粒徑的分布將會(huì)導(dǎo)致對(duì)更長(zhǎng)波長(zhǎng)的散射能力的喪失，這意味著總遮蓋力或不透明度的降低。
在當(dāng)前氯化法和硫酸法工藝中，逐批次的二氧化鈦粒子很少相同，有時(shí)具有不同的色相。而AT工藝及其專(zhuān)有的溶劑萃取步驟更易控制粒徑分布。
表面處理
獲得純的并且分布很好的二氧化鈦粒子，這是必須的，但這還不夠——尤其是在涂料行業(yè)，因?yàn)榧兌趸伭Ｗ有枰幸欢ǖ谋砻嫣幚?，如有機(jī)處理來(lái)改善基料的流動(dòng)性和分散性；無(wú)機(jī)處理來(lái)改善穩(wěn)定性和耐光性（耐久性）。
顏料分散是優(yōu)先考慮的事。在不充分的分散中，即使是*的顏料也不能顯示出其自身的光學(xué)性能。理論上，所有的顏料都能很好地分散——只是時(shí)間或化學(xué)助劑的使用問(wèn)題。但是，這將會(huì)增加成本。
作為一家新的鈦白粉生產(chǎn)商，我們沒(méi)有改變現(xiàn)有裝置和表面處理方法，但我們的材料將推出*的技術(shù)，如氧化鋁加上密集外殼的二氧化硅或鋯。這一技術(shù)正在與PPG工業(yè)合作研發(fā)之中。
將會(huì)很快推出三個(gè)顏料系列：RGX? 100 系列：可用于化妝品、食品、醫(yī)藥和造紙的未處理金紅石型二氧化鈦；RGX? 200 系列：塑料用處理過(guò)的金紅石型二氧化鈦；RGX? 300 系列：涂料用處理過(guò)的金紅石型二氧化鈦。
結(jié)語(yǔ)
如今，鈦白粉工業(yè)面臨著巨大的變革和挑戰(zhàn)。硫酸法工藝*工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)過(guò)去一個(gè)世紀(jì)了，而氯化法工藝的產(chǎn)生也已經(jīng)有60年的歷史，AT工藝為該行業(yè)帶來(lái)了新的面貌。在原材料使用、成本效益以及環(huán)保方面具有更好的適應(yīng)性，阿克斯（Argex）將為市場(chǎng)提供能更好滿足當(dāng)前和未來(lái)行業(yè)需求的鈦白粉。而作為主要的終端用戶和分銷(xiāo)商的NDAs，則會(huì)有更多的合作和購(gòu)買(mǎi)合同。
