钛白粉产业链
钛白粉:听过钛白粉,但你知不知道它是谁?它有哪些特性?它从哪里来?它要到哪里去?)
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— 什么是钛白粉 —
钛白粉学名为二氧化钛( Titanium Dioxide),分子式为TiO2,相对分子质量79.90。也称钛白。属于惰性颜料,被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料。
它有金红石型(Rutile R型)和锐钛型(Anatase A型)二种结构,金红石晶体结构致密,比较稳定,光学活性小,因而耐候性好,同时有较高的遮盖力,消色力。
— 钛白粉怎么来的 —
钛白粉的主要制造方法有硫酸法和氯化法两种,其中,大约56%的钛白粉为氯化法产品,这种产品的70%以上又产自美国杜邦等钛白粉大厂,其他国家包括中国的钛白粉工厂仍以硫酸法为主。
硫酸法:使用钛精矿或酸溶性钛渣与硫酸反应进行酸解反应,得到硫酸氧钛溶液,经水解得到偏钛酸沉淀;再进入转窑煅烧产出二氧化钛。硫酸法既可以生产锐钛型二氧化钛,也可以生产金红石型二氧化钛。
硫酸法生产工艺图
(数据来源于公开资料整理,仅供参考)
氯化法:使用含钛的原料,以氯化高钛渣、或人造金红石、或天然金红石等与氯气反应生成四氯化钛,经精馏提纯,然后在进行气相氧化;在速冷后,经过气固分离得到二氧化钛。
氯化法生产工艺图
(数据来源于公开资料整理,仅供参考)
— 钛白粉的分类 —
1.按生产工艺路线分为硫酸法钛白粉和氯化法钛白粉,下游产品应用中,往往会根据自身的特性,选择合适的钛白粉种类。
2.按结晶形态分为锐钛型钛白粉和金红石型钛白粉:
锐钛型钛白粉:即A型钛白粉。是一种优良的白色粉末颜料,具有良好的光散射能力,因而白度好,遮盖力强,同时具有较高的化学稳定性,无毒无味,对人体无刺激作用,广泛应用于许多工业领域,如涂料、塑料、造纸及油墨等。
金红石型钛白粉:即R型钛白粉。结合硫酸法金红石型钛白粉生产质量控制经验,集合无机包膜、有机处理、盐处理、煅烧控制、水解与产品应用等方面的创新研究,采用了先进的色相与粒径控制,锆硅铝磷多元无机包膜和新型的有机处理技术,开发的新一代高档通用型(偏水性)金红石钛白粉。适用于各种建筑涂料、工业漆、防腐漆、油墨、粉末涂料等行业。
3.按使用对象分为颜料钛白粉和特殊专用钛白粉:
颜料钛白粉:颜料钛白粉是高级油墨中不可缺少的白色颜料。含有钛白粉的油墨耐久不变色,表面润湿性好,易于分散。油墨行业所用的钛白粉有金红石型,也有锐钛型。
特殊专用钛白粉:其他专用钛白粉包括涂料,塑料、造纸、含化妆品、化纤、电子、陶瓷、搪瓷、焊条、合金、玻璃等众多领域。
— 钛白粉应用注意 —
1.质量的稳定性:
钛白粉的质量稳定性直接关系到它的下游用户产品质量的稳定性。如果其某些指标不稳定,即使钛白粉的某个指标有很大提高,这也不是下游用户所期望的产品,必须根据钛白粉质量指标的变化对配方进行相应的调整,否则产品质量就会出现问题。
2.选择适合的钛白粉产品:
选择适合本应用领域的钛白粉产品非常重要。现在国内外的钛白粉分为通用型和专用型两大类。通用型产品就是在很多领域都适用,但它在某一特定应用领域,相对于某个领域的专用型产品来说,就存在一定差距。
— 钛白粉上游原料 —
制造钛白粉的材料主要包括:钛精矿、氯气、硫酸、金红石、四氯化钛、高钛渣。
1.钛精矿:
钛精矿是从钛铁矿或钛磁铁矿中采选出来,是生产用途非常广泛的钛白粉的原料。根据 USGS 2017 年的数据,全球钛矿(钛铁矿和金红石) 储量约 8.3 亿吨,其中钛铁矿占 89%。我国钛矿储量约 2.2 亿吨,占全球总储量的 26.4%, 位居世界第一,澳大利亚的钛矿储量占世界储量的 21.2%,居世界第二。然而我国钛资源纯度较低, 对进口依赖度高。
2.氯气:
氯气是氯化法生产钛白粉的重要原料之一,以含钛的原料与氯气反应生成四氯化钛,再经过气相氧化、速冷、气固分离等步骤即得到钛白粉产品。据统计,2017年我国烧碱的产能为4161.7万吨,产量为3436.78万吨,较2016年比,产量产能均成上升态势,而按行业经验及理论换算,生产1吨氢氧化钠(折百)可产生0.88吨氯气,由此可见,我国氯气产量供应越来越充足。
3.硫酸
硫酸是硫酸法生产钛白粉的重要原料之一,将钛铁粉与浓硫酸进行酸解反应生产硫酸氧钛,经水解生成偏钛酸,再经煅烧、粉碎即得到钛白粉产品。我国硫酸的需求稳定在9700万吨左右,而据协会统计,2017年里,有总计450万吨的硫酸产能建成投产,全国硫酸总产能突破1.3亿吨,我国硫酸行业产能过剩的局面日益严峻。
4.金红石
金红石是提炼金属钛的重要矿物原料,也是生产金红石型钛白粉的最佳原料。我国的钛资源非常丰富,位居世界第一,约占世界钛储量的48%,现探明的储量达9亿吨,但可经济利用的钛铁矿约1亿吨,金红石矿为数千万吨,金红石资源含钛量占钛资源总量的2.01%,因此国内天然金红石资源是非常宝贵的。
5.四氯化钛
四氯化钛是制取海绵钛和氯化法钛白的主要原料,大约90%的四氯化钛都被用于制造钛白粉,其次是钛金属和粉末。除了两大应用之外,其他领域的用途也在不断扩大,显示了一个前景广阔的市场。据不完全统计,2017年,氯化法钛白粉市场表现良好,使得四氯化钛产量有明显的增加,市场开工率基本维持在40.6%,总产量在58.7万吨,相比2016年43.7万吨产量,上升幅度为34.2%。
6.高钛渣
高钛渣是经过物理生产过程而形成的钛矿富集物俗称,是生产四氯化钛、钛白粉和海绵钛产品的优质原料。目前全国钛渣生产能力仍很小,与我国丰富的钛资源和全球第二大钛白生产国的地位极不相称。因此,必须加快我国钛渣产业的发展,为钛白和钛材业提供更多的优质原料,减轻钛白行业环保压力,促进我国钛白和钛材工业整体水平的全面提高。
— 钛白粉下游应用 —
1.涂料行业
涂料行业是钛白粉的最大用户,特别是金红石型钛白粉,大部分被涂料工业所消耗。用钛白粉制造的涂料,色彩鲜艳,遮盖力高,着色力强,用量省,品种多,对介质的稳定性可起到保护作用,并能增强漆膜的机械强度和附着力,防止裂纹,防止紫外线和水分透过,延长漆膜寿命。
2.塑料行业
塑料行业是钛白粉的第二大用户,在塑料中加入钛白粉,可以提高塑料制品的耐热性、耐光性、耐候性,使塑料制品的物理化学性能得到改善,增强制品的机械强度,延长使用寿命。
3.造纸行业
造纸行业是钛白粉第三大用户,作为纸张填料,主要用在高级纸张和薄型纸张中。在纸张中加入钛白粉,可使纸张具有较好的白度,光泽好,强度高,薄而光滑,印刷时不穿透,质量轻。造纸用钛白粉一般使用未经表面处理的锐钛型钛白粉,可以起到荧光增白剂的作用,增加纸张的白度。但层压纸要求使用经过表面处理的金红石型钛白粉,以满足耐光、耐热的要求。
4.橡胶行业
钛白粉在橡胶行业中既作为着色剂,又具有补强、防老化、填充等作用。在白色和彩色橡胶制品中加入钛白粉,在日光照射下,耐日晒、不开裂、不变色,伸展率大于耐酸碱。橡胶用钛白粉,主要用于汽车轮胎以及胶鞋、橡胶地板、手套、运动器材等,一般以锐钛型钛白粉为主。常在汽车轮胎生产中加入一定量的金红石型钛白粉,以增强抗臭氧和抗紫外线能力。
5.油墨行业
含有钛白粉的油墨耐久不变色,表面润湿性好,易于分散。油墨行业所用的钛白粉有金红石型,也有锐钛型。
6.纺织和化学纤维行业
化纤用钛白粉主要作为消光剂。因锐钛型比金红石型软,因此一般使用锐钛型。化纤用钛白粉一般不需表面处理,但某些特殊品种为了降低二氧化钛的光化学作用,避免纤维在二氧化钛光催化的作用下降解,需进行表面处理。
7.化妆品行业
由于钛白粉无毒,远比铅白优越,各种香粉几乎都用钛白粉来代替铅白和锌白。香粉中只须加入5%-8%的钛白粉就可以得到永久白色,使香料更滑腻,有附着力、吸收力和遮盖力。在水粉和冷霜中钛白粉可减弱油腻及透明的感觉。其他各种香料、防晒霜、皂片、白色香皂和牙膏中也可用钛白粉。