本文闡述了在生產(chǎn)銳鈦型鈦白粉顏料中，加入磷酸的目的、用量、對欽白粉的影響，以及加入磷酸的方法。
1 為什么要加入磷酸？
在生產(chǎn)電焊條級鈦白粉時，由于鈦白粉含磷高，對焊縫有冷脆性，因而要求鈦白粉的含磷量不能大于0.05%，這樣，在生產(chǎn)中不僅不能加人磷酸，而且還要嚴(yán)格控制，特別在礦源上不允許有偏高的含磷量。但是在生產(chǎn)銳鈦型鈦白粉顏料時，不僅沒有嚴(yán)格的含磷要求，而且還要加入磷酸或其鹽，使之提高鈦白粉的白度和耐候性。不過鈦礦含磷過高也不好，因為酸解后磷以磷酸或磷酸二氫鹽的形式而存在，很容易與鈦結(jié)合成對應(yīng)的難溶鈦鹽隨著殘渣被除去，而造成鈦回收率降低。
基于在生產(chǎn)銳鈦型鈦白粉時，偏鈦酸經(jīng)水洗或漂白后，pH值仍在2-3之間，硫酸亞鐵仍未達到其水解的pH值6.5，仍以二價鐵離子存在。有些廠家沒有漂白工序，一部分二價鐵在水洗時受到水中的溶解氧氧化而變成三價鐵，三價鐵在水洗至pH二1.5時，即水解生成氫氧化鐵沉淀，夾雜在偏鈦酸中。這些二價鐵和氫氧化鐵雜質(zhì)，如果不加處理，直接送去煅燒，則在煅燒條件下，會生成紅棕色的氧化鐵，這就大大地影響到鈦白粉的白度。因此，在煅燒前必須進行鹽處理，在鹽處理中加入適量的磷酸或其鹽，使磷酸與氫氧化鐵反應(yīng)生成淡黃色的穩(wěn)定的磷酸鐵；使磷酸與二價鐵反應(yīng)生成白色或灰白色的亞鐵的磷酸一元或二元鹽，這些二價鐵的磷酸鹽，在鍛燒的條件下，也被氧化成淡黃色的磷酸鐵。由于淡黃色的磷酸鐵遠比紅棕色的氧化鐵淡得多，這樣，對欽白粉的白度影響就小得多，以達到提高鈦粉白度的目的。
2 過多或過少加入磷酸有何弊處
在鹽處理時，加人適量的磷酸或其鹽，可以提高鈦白粉的白度和耐候性，并且使顆粒松軟、容易粉碎，在生產(chǎn)銳鈦型鈦白粉時能促進其向銳鈦晶型轉(zhuǎn)化和防止金紅石晶型生成。但是若入的磷酸過多，則其入窯偏鈦酸的酸度增大，脫硫困難，使達到最大消色力的煅燒溫度移向較高溫度處，提高了煅燒溫度，使物料在較高溫度下煅燒，有時還會產(chǎn)生燒結(jié)現(xiàn)象，不僅浪費燃料，而且會使煅燒物粒子堅硬，難于粉碎，鈦白粉的白度和消色力降低，吸油量升高。
若加人磷酸過少，相對地增大碳酸鉀的用量，使酸度降低，有利于物料在較低溫度下脫硫，使煅燒物顆粒松軟，色澤潔白和消色力提高及吸油量降低。甚至由于碳酸鉀相對增大，即使在較高溫度下煅燒，也不失去其優(yōu)良的顏料性能，因為較高溫度煅燒時，二氧化鈦的顆粒致密，有利于提高產(chǎn)品的耐候性和降低吸油量。但是磷酸用量過少，不足以將全部鐵轉(zhuǎn)化為淡黃色的磷酸鐵，而未轉(zhuǎn)化的鐵最終仍以紅棕色的氧化鐵出現(xiàn)，達不到提高鈦白粉白度的目的。
3 應(yīng)該怎樣加磷酸才能達到要求
根據(jù)計算，水洗偏欽酸含鐵在l00ppm的話，其真正與鐵作用所需的磷酸并不多，若加入總鈦0.1%的磷酸，則其與鐵作用所需的磷酸只占加入總磷酸量的15.1%，即使鐵在150ppm，則其與鐵作用的磷酸也只是占加人總磷酸量的22.7%，由此可見，所加人的磷酸已綽綽有余。
但是事實并非如此，檢測鹽處理后偏鈦酸的濾液中，根本就沒有磷酸根離子。說明磷酸已全部生成難溶的磷酸鹽了。
為什么加入的比計算量剩余那么多的磷酸，而最終在濾液中沒有磷酸呢?原因是偏鈦酸中含有較多的能與磷酸根離子生成難溶磷酸鹽的金屬離子，這些金屬離子都需要與磷酸作用，生成難溶的磷酸鹽而消耗了磷酸，因此在鹽處理后的濾液中便測不到磷酸根離子。
另外，從鹽處理后的濾液中，還發(fā)現(xiàn)含有不少的二價鐵離子，說明偏鈦酸中還有可溶鐵，這樣的鐵帶入到回轉(zhuǎn)窯去煅燒，最終會生成紅棕色的氧化鐵而影響鈦白粉的白度。
按計算量所加磷酸全部與鐵作用后，應(yīng)該仍有較多的磷酸剩余，但是最后不僅濾液中沒有磷酸剩余，甚至連鐵也沒有作用完。究其原因:①是由于偏鈦酸中含有能與磷酸根生成難溶磷酸的金屬離子過多，這些金屬離子濃度與磷酸根離子濃度積，比二價鐵離子濃度與磷酸根離子濃度積小得多。這些金屬離子先與磷酸根離子作用，生成難溶的磷酸鹽而消耗了全部或大部分磷酸，使整個體系已經(jīng)沒有或者很少有磷酸根與二價鐵作用了，以至在濾液中仍有較多的二價鐵；②偏鈦酸中的鐵為二價鐵，二價鐵在pH2-3的酸度下，難以生成難溶的亞鐵磷酸鹽沉淀，而需要在pH6的酸度下，才能全部生成亞鐵磷酸鹽沉淀。根據(jù)上述分析，要使偏鈦酸的濾液沒有鐵離子而稍有微量磷酸根離子，就必須采取下列措施。
3.1除去重金屬離子
先除去與酸酸根離子容易生成難溶磷酸鹽的重金屬離子，從而減少鹽處理時磷酸根的消耗。
一般重金屬離子與磷酸根離子生成磷酸鹽的離子濃度積都很小，雖然在酸解后浸取時，已加入鐵屑將三價鐵還原為二價鐵，有些重金屬離子己被鐵還原而除去，但是仍有一些重金屬未被還原，這些未被還原的重金屬中，雖然有些重金屬離子與磷酸根離子生成的難溶磷酸鹽是白色的，對影響鈦白粉白度無礙，但是有些難溶的磷酸鹽卻是帶色的，會影響到鈦白粉的白度。另外，這些重金屬離子與氫氧根離子生成重金屬氫氧化物的離子濃度積也很小，在偏鈦酸水洗的酸度較大時，就能生成難溶的重金屬氫氧化物沉淀夾雜在偏鈦酸中，最終通過煅燒燒生成重金屬氧化物，其中有些氧化物也是帶色的，影響鈦白粉的白度。再有，重金屬雜質(zhì)的混入，不僅由于重金屬元素本身的顯色作用而使鈦白粉帶色，最終影響鈦白粉的白度，更重要的是重金屬離子的引入，使二氧化鈦晶格扭曲或晶格變形，失去對稱性而發(fā)生色彩反應(yīng)，使鈦白粉帶色而不夠純白。因此必須從根本上將重金屬除去。除去重金屬的方法，是在酸解浸取得到的鈦液中，加入某種無機物少量，讓其與重金屬離子作用生成重金屬化合物沉淀，隨著殘渣被除去。由于容易與磷酸根生成難溶磷酸鹽的重金屬，浸取時已被除去，因此，鹽在處理時消耗的磷酸或磷酸鹽就會減少。
3.2增大磷酸的用量，生成難溶磷酸鹽
有些金屬離子雖然不是重金屬離子，但是其與磷酸根離子生成磷酸鹽的離子濃度積也很小，也很容易生成難溶的磷酸鹽沉淀，如鈦離子與磷酸根離子生成難溶的磷酸鈦就是一例。雖然磷酸鈦是白色的，對影響鈦白粉的白度無礙，但是它畢竟要消耗磷酸根，而使磷酸或其鹽的加量增大。既然所加磷酸不足，就應(yīng)多加磷酸來滿足要求，即由原來的0.1%逐漸增加，至偏鈦酸濾液中沒有鐵離子而稍有磷酸根為止。但是這種做法不可取。因為水洗合格的偏鈦酸本身就含有8%-10%的硫酸，這些硫酸已經(jīng)不利于偏鈦酸的煅燒和分解，再多加磷酸，使其酸度增大，會使煅燒脫硫溫度提高，產(chǎn)品的白度和消色力降低、吸油量升高。
那么，是否可以在增大磷酸用量的同時，也增大碳酸鉀用量，用碳酸鉀中和過大的酸性。但是這種做法會增大產(chǎn)品的水溶鹽，水溶鹽過高，除了使?jié){料膠凝和發(fā)脹外，還不利于鈦白粉質(zhì)量的全面改善和提高。
要使磷酸根與鐵能生成難溶的磷酸鐵，從而提高鈦白粉的白度，同時又不影響鈦白粉的其它質(zhì)量指標(biāo)，就必須達到三點要求：①有足夠而又不太多的磷酸根離子：②整個體系的酸度不能太高，pH值要控制在6：③水溶鹽要達到產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的要求。要達到這三點要求，應(yīng)按以下方法。
3.2.1增加足夠的磷酸后，增加碳酸鉀，使之中和其過高的酸性，降低酸度，直至達到二價鐵與磷酸根生成難溶的亞鐵磷酸鹽為止。這種方法雖然水溶鹽會高，但是可以在鹽處理時，在偏鈦酸中多加一些水，使?jié){料稀一些，鹽處理后盡量把偏鈦酸吸得干一些，以吸去更多的水溶鹽。
3.2.2用適量的可溶性磷酸二氫錢或磷酸二氫鉀來代替磷酸，既可保證有足夠的磷酸根離子或磷酸二氫根離子，又可使其酸度和產(chǎn)品的水溶鹽不致有較大的增加。
3.2.3在偏鈦酸中由于酸性越弱(甚至堿性)，就越有利于磷酸根與二價鐵生成難溶的亞鐵磷酸鹽，也越有利于偏鈦酸的煅燒和分解脫硫。因此國外有些廠家用氨水將偏鈦酸中的硫酸中和到pH5-8，然后洗去硫酸根，再加磷酸進行鹽處理，用這種降低整體酸度的方法，促進亞鐵與磷酸根的結(jié)合和促進偏鈦酸的易分解，從而降低煅燒溫度，使煅燒物松軟，鐵白粉的白度和消色力得到提高。
盡管通過加磷酸或其鹽可以使鐵生成淡黃色的磷酸鐵，而不象生成紅棕色的氧化鐵那樣對鈦白粉的白度影響那么大，但是磷酸鐵畢竟是淡黃色的，而不是白色的，若含鐵過高，則得到淡黃色的磷酸鐵就多。何況偏鈦酸的酸度常常是達不到pH6的，這樣二價鐵便難于生成亞鐵磷酸鹽，不少的二價鐵仍以離子狀態(tài)存在偏鈦酸中，這些二價鐵經(jīng)過煅燒最終仍以紅棕色氧化鐵存在，由于氧化鐵的紅棕色和磷酸鐵的淡黃色混在一起，使鈦白粉出現(xiàn)黃相，對鈦白粉的白度影響較大。為此，在水洗時應(yīng)該延長一些時間，盡量多洗去一些偏鈦酸中的鐵，使其含鐵量小于90ppm，因為大于90ppm對銳鈦型顏料鈦白粉的白度就要受到影響，但是寄望于通過水洗把鐵降得很低也是不可能的，因為隨著水洗的進行，濾餅的酸度越來越低，當(dāng)pH值小于1.5時，被洗水氧化的三價鐵離子即水解生成難溶的無法洗去的氫氧化鐵。
正是由于靠延長水洗時間難以把鐵降得很低，因此有些廠家就增加了漂白工序，加入硫酸將氫氧化鐵溶解，然后加人鋅粉將三價鐵還原為二價的硫酸亞鐵，再通過水洗將硫酸亞鐵洗去，最終使鐵降低到30ppm以下(同時也可以除去釩、鉻、銅等有害雜質(zhì))，使鈦白粉的白度得到較大的提高。
1 為什么要加入磷酸？
在生產(chǎn)電焊條級鈦白粉時，由于鈦白粉含磷高，對焊縫有冷脆性，因而要求鈦白粉的含磷量不能大于0.05%，這樣，在生產(chǎn)中不僅不能加人磷酸，而且還要嚴(yán)格控制，特別在礦源上不允許有偏高的含磷量。但是在生產(chǎn)銳鈦型鈦白粉顏料時，不僅沒有嚴(yán)格的含磷要求，而且還要加入磷酸或其鹽，使之提高鈦白粉的白度和耐候性。不過鈦礦含磷過高也不好，因為酸解后磷以磷酸或磷酸二氫鹽的形式而存在，很容易與鈦結(jié)合成對應(yīng)的難溶鈦鹽隨著殘渣被除去，而造成鈦回收率降低。
基于在生產(chǎn)銳鈦型鈦白粉時，偏鈦酸經(jīng)水洗或漂白后，pH值仍在2-3之間，硫酸亞鐵仍未達到其水解的pH值6.5，仍以二價鐵離子存在。有些廠家沒有漂白工序，一部分二價鐵在水洗時受到水中的溶解氧氧化而變成三價鐵，三價鐵在水洗至pH二1.5時，即水解生成氫氧化鐵沉淀，夾雜在偏鈦酸中。這些二價鐵和氫氧化鐵雜質(zhì)，如果不加處理，直接送去煅燒，則在煅燒條件下，會生成紅棕色的氧化鐵，這就大大地影響到鈦白粉的白度。因此，在煅燒前必須進行鹽處理，在鹽處理中加入適量的磷酸或其鹽，使磷酸與氫氧化鐵反應(yīng)生成淡黃色的穩(wěn)定的磷酸鐵；使磷酸與二價鐵反應(yīng)生成白色或灰白色的亞鐵的磷酸一元或二元鹽，這些二價鐵的磷酸鹽，在鍛燒的條件下，也被氧化成淡黃色的磷酸鐵。由于淡黃色的磷酸鐵遠比紅棕色的氧化鐵淡得多，這樣，對欽白粉的白度影響就小得多，以達到提高鈦粉白度的目的。
2 過多或過少加入磷酸有何弊處
在鹽處理時，加人適量的磷酸或其鹽，可以提高鈦白粉的白度和耐候性，并且使顆粒松軟、容易粉碎，在生產(chǎn)銳鈦型鈦白粉時能促進其向銳鈦晶型轉(zhuǎn)化和防止金紅石晶型生成。但是若入的磷酸過多，則其入窯偏鈦酸的酸度增大，脫硫困難，使達到最大消色力的煅燒溫度移向較高溫度處，提高了煅燒溫度，使物料在較高溫度下煅燒，有時還會產(chǎn)生燒結(jié)現(xiàn)象，不僅浪費燃料，而且會使煅燒物粒子堅硬，難于粉碎，鈦白粉的白度和消色力降低，吸油量升高。
若加人磷酸過少，相對地增大碳酸鉀的用量，使酸度降低，有利于物料在較低溫度下脫硫，使煅燒物顆粒松軟，色澤潔白和消色力提高及吸油量降低。甚至由于碳酸鉀相對增大，即使在較高溫度下煅燒，也不失去其優(yōu)良的顏料性能，因為較高溫度煅燒時，二氧化鈦的顆粒致密，有利于提高產(chǎn)品的耐候性和降低吸油量。但是磷酸用量過少，不足以將全部鐵轉(zhuǎn)化為淡黃色的磷酸鐵，而未轉(zhuǎn)化的鐵最終仍以紅棕色的氧化鐵出現(xiàn)，達不到提高鈦白粉白度的目的。
3 應(yīng)該怎樣加磷酸才能達到要求
根據(jù)計算，水洗偏欽酸含鐵在l00ppm的話，其真正與鐵作用所需的磷酸并不多，若加入總鈦0.1%的磷酸，則其與鐵作用所需的磷酸只占加入總磷酸量的15.1%，即使鐵在150ppm，則其與鐵作用的磷酸也只是占加人總磷酸量的22.7%，由此可見，所加人的磷酸已綽綽有余。
但是事實并非如此，檢測鹽處理后偏鈦酸的濾液中，根本就沒有磷酸根離子。說明磷酸已全部生成難溶的磷酸鹽了。
為什么加入的比計算量剩余那么多的磷酸，而最終在濾液中沒有磷酸呢?原因是偏鈦酸中含有較多的能與磷酸根離子生成難溶磷酸鹽的金屬離子，這些金屬離子都需要與磷酸作用，生成難溶的磷酸鹽而消耗了磷酸，因此在鹽處理后的濾液中便測不到磷酸根離子。
另外，從鹽處理后的濾液中，還發(fā)現(xiàn)含有不少的二價鐵離子，說明偏鈦酸中還有可溶鐵，這樣的鐵帶入到回轉(zhuǎn)窯去煅燒，最終會生成紅棕色的氧化鐵而影響鈦白粉的白度。
按計算量所加磷酸全部與鐵作用后，應(yīng)該仍有較多的磷酸剩余，但是最后不僅濾液中沒有磷酸剩余，甚至連鐵也沒有作用完。究其原因:①是由于偏鈦酸中含有能與磷酸根生成難溶磷酸的金屬離子過多，這些金屬離子濃度與磷酸根離子濃度積，比二價鐵離子濃度與磷酸根離子濃度積小得多。這些金屬離子先與磷酸根離子作用，生成難溶的磷酸鹽而消耗了全部或大部分磷酸，使整個體系已經(jīng)沒有或者很少有磷酸根與二價鐵作用了，以至在濾液中仍有較多的二價鐵；②偏鈦酸中的鐵為二價鐵，二價鐵在pH2-3的酸度下，難以生成難溶的亞鐵磷酸鹽沉淀，而需要在pH6的酸度下，才能全部生成亞鐵磷酸鹽沉淀。根據(jù)上述分析，要使偏鈦酸的濾液沒有鐵離子而稍有微量磷酸根離子，就必須采取下列措施。
3.1除去重金屬離子
先除去與酸酸根離子容易生成難溶磷酸鹽的重金屬離子，從而減少鹽處理時磷酸根的消耗。
一般重金屬離子與磷酸根離子生成磷酸鹽的離子濃度積都很小，雖然在酸解后浸取時，已加入鐵屑將三價鐵還原為二價鐵，有些重金屬離子己被鐵還原而除去，但是仍有一些重金屬未被還原，這些未被還原的重金屬中，雖然有些重金屬離子與磷酸根離子生成的難溶磷酸鹽是白色的，對影響鈦白粉白度無礙，但是有些難溶的磷酸鹽卻是帶色的，會影響到鈦白粉的白度。另外，這些重金屬離子與氫氧根離子生成重金屬氫氧化物的離子濃度積也很小，在偏鈦酸水洗的酸度較大時，就能生成難溶的重金屬氫氧化物沉淀夾雜在偏鈦酸中，最終通過煅燒燒生成重金屬氧化物，其中有些氧化物也是帶色的，影響鈦白粉的白度。再有，重金屬雜質(zhì)的混入，不僅由于重金屬元素本身的顯色作用而使鈦白粉帶色，最終影響鈦白粉的白度，更重要的是重金屬離子的引入，使二氧化鈦晶格扭曲或晶格變形，失去對稱性而發(fā)生色彩反應(yīng)，使鈦白粉帶色而不夠純白。因此必須從根本上將重金屬除去。除去重金屬的方法，是在酸解浸取得到的鈦液中，加入某種無機物少量，讓其與重金屬離子作用生成重金屬化合物沉淀，隨著殘渣被除去。由于容易與磷酸根生成難溶磷酸鹽的重金屬，浸取時已被除去，因此，鹽在處理時消耗的磷酸或磷酸鹽就會減少。
3.2增大磷酸的用量，生成難溶磷酸鹽
有些金屬離子雖然不是重金屬離子，但是其與磷酸根離子生成磷酸鹽的離子濃度積也很小，也很容易生成難溶的磷酸鹽沉淀，如鈦離子與磷酸根離子生成難溶的磷酸鈦就是一例。雖然磷酸鈦是白色的，對影響鈦白粉的白度無礙，但是它畢竟要消耗磷酸根，而使磷酸或其鹽的加量增大。既然所加磷酸不足，就應(yīng)多加磷酸來滿足要求，即由原來的0.1%逐漸增加，至偏鈦酸濾液中沒有鐵離子而稍有磷酸根為止。但是這種做法不可取。因為水洗合格的偏鈦酸本身就含有8%-10%的硫酸，這些硫酸已經(jīng)不利于偏鈦酸的煅燒和分解，再多加磷酸，使其酸度增大，會使煅燒脫硫溫度提高，產(chǎn)品的白度和消色力降低、吸油量升高。
那么，是否可以在增大磷酸用量的同時，也增大碳酸鉀用量，用碳酸鉀中和過大的酸性。但是這種做法會增大產(chǎn)品的水溶鹽，水溶鹽過高，除了使?jié){料膠凝和發(fā)脹外，還不利于鈦白粉質(zhì)量的全面改善和提高。
要使磷酸根與鐵能生成難溶的磷酸鐵，從而提高鈦白粉的白度，同時又不影響鈦白粉的其它質(zhì)量指標(biāo)，就必須達到三點要求：①有足夠而又不太多的磷酸根離子：②整個體系的酸度不能太高，pH值要控制在6：③水溶鹽要達到產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的要求。要達到這三點要求，應(yīng)按以下方法。
3.2.1增加足夠的磷酸后，增加碳酸鉀，使之中和其過高的酸性，降低酸度，直至達到二價鐵與磷酸根生成難溶的亞鐵磷酸鹽為止。這種方法雖然水溶鹽會高，但是可以在鹽處理時，在偏鈦酸中多加一些水，使?jié){料稀一些，鹽處理后盡量把偏鈦酸吸得干一些，以吸去更多的水溶鹽。
3.2.2用適量的可溶性磷酸二氫錢或磷酸二氫鉀來代替磷酸，既可保證有足夠的磷酸根離子或磷酸二氫根離子，又可使其酸度和產(chǎn)品的水溶鹽不致有較大的增加。
3.2.3在偏鈦酸中由于酸性越弱(甚至堿性)，就越有利于磷酸根與二價鐵生成難溶的亞鐵磷酸鹽，也越有利于偏鈦酸的煅燒和分解脫硫。因此國外有些廠家用氨水將偏鈦酸中的硫酸中和到pH5-8，然后洗去硫酸根，再加磷酸進行鹽處理，用這種降低整體酸度的方法，促進亞鐵與磷酸根的結(jié)合和促進偏鈦酸的易分解，從而降低煅燒溫度，使煅燒物松軟，鐵白粉的白度和消色力得到提高。
盡管通過加磷酸或其鹽可以使鐵生成淡黃色的磷酸鐵，而不象生成紅棕色的氧化鐵那樣對鈦白粉的白度影響那么大，但是磷酸鐵畢竟是淡黃色的，而不是白色的，若含鐵過高，則得到淡黃色的磷酸鐵就多。何況偏鈦酸的酸度常常是達不到pH6的，這樣二價鐵便難于生成亞鐵磷酸鹽，不少的二價鐵仍以離子狀態(tài)存在偏鈦酸中，這些二價鐵經(jīng)過煅燒最終仍以紅棕色氧化鐵存在，由于氧化鐵的紅棕色和磷酸鐵的淡黃色混在一起，使鈦白粉出現(xiàn)黃相，對鈦白粉的白度影響較大。為此，在水洗時應(yīng)該延長一些時間，盡量多洗去一些偏鈦酸中的鐵，使其含鐵量小于90ppm，因為大于90ppm對銳鈦型顏料鈦白粉的白度就要受到影響，但是寄望于通過水洗把鐵降得很低也是不可能的，因為隨著水洗的進行，濾餅的酸度越來越低，當(dāng)pH值小于1.5時，被洗水氧化的三價鐵離子即水解生成難溶的無法洗去的氫氧化鐵。
正是由于靠延長水洗時間難以把鐵降得很低，因此有些廠家就增加了漂白工序，加入硫酸將氫氧化鐵溶解，然后加人鋅粉將三價鐵還原為二價的硫酸亞鐵，再通過水洗將硫酸亞鐵洗去，最終使鐵降低到30ppm以下(同時也可以除去釩、鉻、銅等有害雜質(zhì))，使鈦白粉的白度得到較大的提高。
