名稱
中文名稱：金紅石型鈦白粉，又稱金紅石鈦白粉
英文名稱：TheRutileTitaniumDioxide
簡介
作為鈦白粉的兩個最重要種類之一金紅石型鈦白粉是優良的白色顏料，具有高分散、高耐候性、高遮蓋力，穩定性極佳。廣泛套用於內、外牆乳膠漆，工業塗料，複合油墨、柔版油墨，層壓紙，塑膠色母粒，粉末塗料等。
理化性質
化學性質
金紅石型鈦白粉的主要成分二氧化鈦無毒，化學性質很穩定，常溫下幾乎不與其他物質發生反應，是一種偏酸性的兩性氧化物。與氧、硫化氫、二氧化硫、二氧化碳和氨都不起反應，也不溶於水、脂肪酸和其他有機酸及弱無機酸，微溶於鹼和熱硝酸，只有在長時間煮沸條件下才能完全溶於濃度硫酸和氫氟酸。
其反應方程式如下：
TiO2+6HF=H2TiF6+2H2O
TiO2+2H2SO4=Ti(SO4)2+2H2O
TiO2+H2SO4=TiOSO4+H2O
其溶解速度與水合二氧化鈦的煅燒溫度有關，煅燒溫度越高溶解速度越慢。為了加速溶解，可在硫酸中加入硫酸銨、鹼金屬硫酸鹽或過氧化氫。這是因為硫酸銨等的加入，使硫酸的沸點增高，加速了二氧化鈦的溶解。
與酸式硫酸鹽（如硫酸氫鉀）或焦硫酸鹽（如焦硫酸鉀）共熔，可轉變微可溶性的硫酸氧鈦或硫酸鈦：
TiO2+2KHSO4=TiOSO4+K2SO4+H2O
TiO2+4K2S2O7=Ti(SO4)2+4K2SO4+2SO3
能熔於鹼，與強鹼（氫氧化鈉、氫氧化鉀）或鹼金屬碳酸鹽（碳酸鈉、碳酸鉀）熔融，可轉化為可溶於酸的鈦酸鹽：
TiO2+4NaOH=Na4TiO4+2H2O
在高溫下，如有還原劑（碳、澱粉、石油焦）存在，二氧化鈦能被氯氣氯化成四氯化鈦，其反應方程式如下：
TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO
這個反應就是氯化法生產鈦白粉的理論基礎，但是此反應若無還原劑混配，即使在1800℃下，也不會與氯氣發生氯化反應。同樣二氧化鈦與氯化硫蒸汽共熱，或與COCl2、CCl4、SiCl4、POCl3等作用，也能被氯化成四氯化鈦。
二氧化鈦在高溫下可被氫、鈉、鎂、鋁、鋅、鈣及某些變價元素的化合物還原成低價鈦的化合物，但很難還原成金屬鈦。如將乾燥的氫氣通入赤熱的二氧化鈦，可得到Ti2O3；在2000℃、15.2MPa的氫氣中，也只能獲得TiO，但是若將金紅石型鈦白粉噴入等離子室中，則可與氫氣反應而被還原成金屬鈦。反應方程式如下：
2TiO2+H2=Ti2O3+H2O
TiO2+H2=TiO+H2O
TiO2+2H2=Ti+2H2O
懸浮在某些有機介質中的二氧化鈦，在光和空氣的作用下，可循環地被還原與氧化而導致介質的被氧化，這種光化學活性，在紫外線照射下銳鈦型鈦白粉尤為明顯。這一性質使二氧化鈦成為某些反應的有效催化劑，它既是某些無機化合物的光致氧化催化劑，又是某些有機化合物的光致還原催化劑。
| 金紅石型鈦白粉 | ||
| 序號 | 檢驗項目 | 質量技術指標 |
| 1. | TiO2含量 ≥% | 94.0 |
| 2. | 表面處理 | 矽、鋁特殊有機物包膜 |
| 3. | 金紅石含量 ≥% | 97 |
| 4. | 105℃揮發物（m/m） ≤% | 0.5 |
| 5. | 水萃取液電阻率，Ωm ≥% | 50 |
| 6. | 水懸浮物PH值 | 7.0-8.5 |
| 7. | 吸油量g/100 ≤ | 20 |
| 8. | 細度（45µm篩余物）≤% | 0.05 |
| 9. | 醇酸體系高攪分散性 ≤ | 25µm |
| 10. | 油相白度 | 94.5-95.0 |
| 11. | 色相 | 1.7-2.3 |
| 12. | 相對散射力（與標樣比） | 與標樣相近 |
| 13. | 比重 g/cm3 | 3.9 |
晶體性質
二氧化鈦在自然界有三種結晶形態：金紅石型、銳鈦型和板鈦型。板鈦型屬斜方晶系，是不穩定的晶型，在650℃以上即轉化成金紅石型，因此在工業上沒有實用價值。銳鈦型在常溫下是穩定的，但在高溫下要向金紅石型轉化。其轉化強度視製造方法及煅燒過程中是否加有抑制或促進劑等條件有關。一般認為在165℃以下幾乎不進行晶型轉化，超過730℃時轉化得很快。金紅石型是二氧化鈦最穩定的結晶形態，結構緻密，與銳鈦型相比有較高的硬度、密度、介電常數與折光率。金紅石型和銳鈦型都屬於四方晶系，但具有不同的晶格，因而X射線圖象也不同，銳鈦型二氧化鈦的衍射角位於25.5°，金紅石型的衍射角位於27.5°。金紅石型的晶體細長，呈棱形，通常是孿晶；而銳鈦型一般近似規則的八面體。
金紅石型比起銳鈦型來說，由於其單位晶格由兩個二氧化鈦分子組成而銳鈦型卻是由四個二氧化鈦分子組成，故其單位晶格較小且緊密，所以具有較大的穩定性和相對密度，，因此具有較高的折射率和和介電常數及較低的熱傳導性。
二氧化鈦的三種同分異構體中只有金紅石型最穩定，也只有金紅石型可通過熱轉換獲得。天然板鈦礦在650℃以上即轉換為金紅石型，銳鈦礦在915℃左右也能轉變呈金紅石型。
物理性質
相對密度
二氧化鈦的相對密度隨其結晶形態、粒徑大小、化學組分、特別是與表面處理量大小有關，在製造過程中，隨煅燒溫度的提高和煅燒時間的延長而增長。在常用的白色顏料中，二氧化鈦的相對密度最小，同等質量的白色顏料，二氧化鈦的表面積最大，顏料體積最高。銳鈦型二氧化鈦的相對密度3.8～3.9g/cm3，金紅石型二氧化鈦的相對密度為4.2～4.3g/cm3。
熔點和沸點
由於銳鈦型和板鈦型二氧化鈦在高溫下都會轉變成金紅石型，因此它們的熔點和沸點實際上是不存在的。金紅石型二氧化鈦的熔點數值各資料記載不一致，一般認為在1800~1875℃，有資料介紹在空氣中的熔點為1830±15℃，而在富氧中的熔點為1879±15℃，熔點與二氧化鈦的純度有關。金紅石型二氧化鈦的沸點為（3200±300）K。
介電常數
由於二氧化鈦的介電常數較高，因此具有優良的電學性能。在外電場的作用下，其離子之間相互作用，形成了極強的局部內電場。在這個內電場的作用下，離子外層電子軌道發生了強烈變形，離子本身也隨之發生了很大位移。二氧化鈦晶型所含微量雜質等都對介電常數影響很大。金紅石型的介電常數隨二氧化鈦晶體的方向而不同：當與C軸相平行時，測得其介電常數180；呈直角時為90；其粉末平均值為114。銳鈦型二氧化鈦的介電常數只有48。
電導率
二氧化鈦具有半導體的性能，其電導率隨溫度的上升而迅速增加，而且對缺氧也非常敏感。如金紅石型二氧化鈦在20℃時還是絕緣體，但加熱到420℃時電導率增加了107倍；按化學計量組成的二氧化鈦（TiO2）電導率＜10-10s/m，而當二氧化鈦失去少量氧時如TiO1.9995的電導率卻有10-1s/m。電子工業常利用金紅石型二氧化鈦的介電常數和半導體性質來生產陶瓷電容器等電子元器件。
硬度
若以10分制標度的莫氏硬度計時(它的數值僅表示各種晶體硬度的級別並不表示其真實比值)，銳鈦型二氧化鈦的硬度為5.5～6.0，金紅石型二氧化鈦為6～7。硬度與二氧化鈦的晶型結構有關，在生產中與產品的純度和煅燒溫度有關，溫度高容易燒結，硬度也隨之增高。正是由於金紅石型二氧化鈦的硬度高，難粉碎因而對噴絲孔的磨損率較高，對輥筒的磨損也較大，所以不適用於化學纖維消光和照相凹板印刷。
吸濕性
二氧化鈦雖具有親水性，但吸濕性不太強，銳鈦型的吸濕性比金紅石型大一些。二氧化鈦的吸濕性與其表面處理時的處理劑性質有關，也與其比表面積的大小有一定的關係，比表面積大的吸濕性也略高。
熱穩定性
二氧化鈦屬於熱穩定性的化合物，在真空下強熱時會有輕微的失氧現象，並伴隨顯出暗藍色，該反應是可逆的，冷卻後會恢復到原來的白色。
生產製造
到目前為止，鈦白粉的工業生產方法套用較廣的是硫酸法和氯化法，我公司鈦白粉的生產現採用的是硫酸法。硫酸法的生產操作程式非常複雜，其基本化學反應中包含有一系列的簡單的化學反應，硫酸法的三步最基本的化學反應分別是在酸解、水解和煅燒階段中發生的。
工藝流程簡述如下：
首先將鈦礦原料乾燥並經研磨，再用硫酸分解。酸解反應前，用機械攪拌或壓縮空氣先將礦粉和硫酸的混合物攪拌均勻，加入引發液利用硫酸的稀釋熱引發酸解反應，反應產物是鈦、二價和三價鐵、其它金屬的硫酸鹽，是一種多孔性的固相物。加入水或稀硫酸浸取固相物，得到鈦的硫酸鹽溶液稱為鈦液。在鈦液中加入鐵粉或鐵屑，使其中的高價鐵還原成亞鐵，便於後面工序中分離。然後讓鈦液靜置沉降，除去氧化矽和未反應的鈦礦一類的固體殘渣，鈦液在沉降之前，需加入絮凝劑使其中的膠體物質絮凝沉降，為了提高沉降後鈦液的質量，用過濾的方式降去一部分未沉降的雜質。初步淨化後的鈦液根據工藝要求的鐵鈦比用冷凍或真空結晶，讓大部分硫酸亞鐵結晶析出而得以分離，分離亞鐵後通過控制過濾除去鈦液中的微量殘渣。然後對鈦液進行濃縮，使鈦液濃度提高到水解所要求的濃度。
鈦液的水解是硫酸法生產鈦白粉最關鍵的一步，為確保水解產物的質量，水解條件必須嚴格控制。水解快結束時用水稀釋，可提高鈦液的水解率，但稀釋過度，則會影響水合二氧化鈦的質量。水解所得的水二氧化鈦經過濾除去所吸附的母液後用水洗滌，其酸性濾液應回收處理。水洗以後的水合二氧化鈦在酸性和還原條件下進行漂白和漂洗除去殘存的微量雜質鐵，然後加入少量能控制晶體成長的物質(鹽處理劑)，再進行煅燒。
水合二氧化鈦的煅燒是很重要的工序，煅燒是在有一定傾角的轉窯內進行的。水合二氧化鈦在轉窯內首先脫除水分，再脫除吸附的三氧化硫，最後是晶體的成長以及向金紅石型轉化過程，其中晶體成長和晶型轉化是在高溫條件下進行的，必須仔細控制。煅燒後的二氧化鈦粗製品經研磨、分級(如是銳鈦型經研磨後就得到產品)後，用無機、有機物對二氧化鈦進行表面處理，最後對表面處理後的二氧化鈦進行洗滌、乾燥和粉碎，得到金紅石型二氧化鈦產品。
主要用途
金紅石型鈦白粉作為高檔白色顏料，廣泛套用於塗料、塑膠、造紙、印刷油墨、化纖、橡膠、化妝品等工業。塗料行業是鈦白粉的最大用戶，特別是金紅石型鈦白粉，大部分被塗料工業所消耗。用金紅石型鈦白粉製造的塗料，色彩鮮艷，遮蓋力高，著色力強，用量省，品種多，對介質的穩定性可起到保護作用，並能增強漆膜的機械強度和附著力，防止裂紋，防止紫外線和水分透過，延長漆膜的壽命。
