熔盐法钛白清洁生产工艺的产品质量精确调控基础研究

本项目针对目前我国钛资源利用率低、产品结构不合理的现状，以产品工程理念为指导，对原创性熔盐法钛白清洁生产工艺中产品质量精确调控展开基础性研究。采用结构化学-过程工程-晶体物理-胶体与表面化学交叉的综合研究方法，对决定产品质量的关键过程和机理进行深入系统研究。确定新工艺体系下二氧化钛颗粒由初级成核、粒子生长到表面性能调控过程的整体构效关系及其对产品性能的协同影响效应，获得产品质量的调控信息与规律。通过从分子结构到纳微形态结构的多尺度、多层次结构的设计与优化，实行过程控制，获得高附加值二氧化钛产品。其关键科学问题的突破将实现从分子尺度到过程尺度的跨越，为提高熔盐法钛白清洁生产新工艺的技术经济性提供必需的理论基础和技术支撑，同时也为我国钛白产业产品质量欠佳的共性问题提供解决办法。

本项目针对目前我国钛资源利用率低、产品结构不合理的现状，以产品工程理念为指导，对原创性熔盐法钛白清洁生产工艺中产品质量精确调控展开基础性研究。. 在基金支持下，项目重点进行了以下几方面研究：（1）偏钛酸初级粒子成核与粒径调控规律研究：通过对硫酸氧钛净化工艺的优化、水解机理及宏观动力学研究、水解曲线动力学分析获得了偏钛酸粒子成核与粒径调控规律；得到水解率函数积分值与时间的线性关系式， ，发现影响水解最重要的两个因素是钛液浓度和钛液酸度，且此模型可有效拟合水解曲线的生长区。（2）二氧化钛晶体生长过程及晶型转化控制研究；研究了偏钛酸煅烧过程中的变化，考察了煅烧条件对TiO2颗粒、晶粒生长的影响，分析了晶型转化过程及相转化宏观动力学，系统研究了离子掺杂和煅烧条件对产品形貌、粒度、色度的影响；TiO2的晶型转化主要在850-980℃之间；晶粒、颗粒的生长主要受到煅烧温度的影响，在850-950℃之间生长迅速；K2O、P2O5、Al2O3的掺杂抑制晶型的转化，而金红石型TiO2晶种的掺杂则促进晶型的转化；K2O、P2O5、Al2O3的掺杂还分别起到抑制颗粒高温烧结、抑制颗粒的生长、抑制颗粒在高温煅烧下过度生长的作用；（3）表面性能调控作用研究；考察了单包覆及复合包覆对产品颜料性能的影响，结果表明pH值、温度对包覆层的生长过程具有显著影响，进而影响颜料性能。复合包覆层的结构分析表明，在复合包覆层之间生成相互作用层，形成稳固的化学键，对包覆过程的设计与制备具有指导作用。. 本项目通过研究影响二氧化钛产品质量的关键过程与机理的研究，确定了新工艺体系下二氧化钛从初级成核、粒子生长到表面性能调控过程的整体构效关系，及其对产品性能的协同影响效应，获得产品质量的调控信息与规律。为提高熔盐法钛白清洁生产新工艺的技术经济性提供必需的理论基础和技术支撑，同时也为我国钛白产业产品质量欠佳的共性问题提供解决办法。