이산화 티타늄 (TIO)은 우수한 불투명도, 밝기 및 백색을 가진 널리 사용되는 흰색 안료입니다. 페인트, 코팅, 플라스틱, 종이 및 화장품을 포함한 수많은 산업에서 응용 프로그램을 찾습니다. 이산화 티탄의 제조 공정은 품질을 결정하는 데 중요한 역할을하며, 이는 다양한 최종 사용 제품에서의 성능에 영향을 미칩니다. 이 심층적 인 연구 기사에서, 우리는 이산화 티탄의 다양한 제조 공정을 탐구하고 각 단계가 품질에 어떤 영향을 미치는지 분석 할 것입니다.
이산화 티타늄은 자연적으로 발생하는 산화 티타늄입니다. 그것은 Rutile, Anatase 및 Brookite의 세 가지 주요 결정 형태로 존재합니다. Rutile은 가장 열역학적으로 안정적인 형태이며 높은 굴절률과 우수한 은신 전력으로 인해 산업 응용 분야에서 일반적으로 사용됩니다. 아나 타제는 Rutile에 비해 광촉매 활성이 높으며 자체 청소 코팅과 같이이 특성이 원하는 응용 분야에서 종종 사용됩니다.
이산화 티타늄에 대한 전 세계 수요는 수년에 걸쳐 꾸준히 증가하고 있습니다. 업계 보고서에 따르면, 이산화 티타늄의 연간 생산은 2020 년에 약 800 만 톤에 이르렀습니다.이 성장은 건설, 자동차 및 포장과 같은 최종 사용 산업의 확장에 의해 주도됩니다.
황산염 공정은 이산화 티타늄을 제조하는 전통적인 방법 중 하나입니다. 몇 가지 주요 단계가 포함됩니다.
설페이트 공정에서, 일 메 나이트 (Fetio) 또는 티타늄 슬래그가 원료로 사용됩니다. 광석은 먼저 농축 황산으로 소화됩니다. 이 반응은 매우 발열 적이며 온도와 산 농도를 신중하게 제어해야합니다. 예를 들어, 소화 중에 온도가 너무 높아지면 원치 않는 부산물의 형성 및 수득 된 티타늄 설페이트 용액의 순도 감소로 이어질 수 있습니다. 데이터는 최적의 소화 온도 범위가 전형적으로 150 ℃ 내지 200 ℃ 사이이며 광석을 용해성 티타늄 설페이트로 효율적으로 변환한다는 것을 보여준다.
소화 후, 티타늄 설페이트 용액에 가수 분해가 적용된다. 이 단계는 이산화 티타늄 수화물을 침전시키기 위해 용액에 물을 첨가하는 것을 포함한다. 가수 분해 동안의 pH 및 온도는 침전 된 생성물의 품질에 영향을 미치는 중요한 요인이다. 연구에 따르면 가수 분해 동안 pH 범위 1.5 내지 2.5를 유지하면보다 균일 한 입자 크기 분포가있는 이산화 티타늄 수화물이 형성되는 것으로 나타났습니다. pH 가이 범위에서 벗어나면 입자 크기가 불규칙 해져서 후속 응용 분야에서 불투명도 및 분산 성 측면에서 품질이 떨어질 수 있습니다.
그 후 침전 된 이산화 티타늄 수화물은 보통 800 ℃ 내지 1000 ℃ 사이의 고온에서 소성된다. 소환은 수화물을 최종 이산화 티타늄 생성물로 전환시킨다. 소환 온도 및 시간은 이산화 티타늄의 결정 구조 및 특성에 크게 영향을 미칩니다. 예를 들어, 소액화 온도가 높을수록 Rutile 상으로의보다 완전한 변형이 발생할 수 있으며, 이는 높은 굴절률 및 은신 전력을 필요로하는 응용 분야에 바람직합니다. 그러나, 과도한 소환은 또한 입자의 소결을 유발하여 표면적을 감소시키고 잠재적으로 분산 성에 영향을 줄 수있다.
염화물 공정은 이산화 티타늄의 또 다른 주요 제조 방법입니다. 설페이트 과정과는 다른 차이가 있습니다.
염화물 과정에서, Rutile 또는 고급 티타늄 슬래그가 출발 물질입니다. 원료는 고온에서 염소 가스 및 탄소의 존재하에 먼저 염소화되며, 일반적으로 약 900 ℃ 내지 1000 ℃. 이 반응은 티타늄 테트라 클로라이드 (TICL)를 생성합니다. 출발 물질의 순도 및 염소화 동안의 반응 조건은 고품질의 TICL이 스트림을 얻는 데 중요합니다. 예를 들어, Rutile 또는 슬래그에 불순물이있는 경우 염소와 반응하여 TICLA를 오염시킬 수있는 원치 않는 부산물을 형성하고 이산화물 제품의 품질에 영향을 줄 수 있습니다.
염소화로부터 얻은 티타늄 테트라 클로라이드는 산소의 존재하에 산화된다. 이 산화 단계는 보통 1400 ℃ 내지 1800 ℃ 사이의 비교적 높은 온도에서 수행된다. 산화 동안 형성된 이산화 티타늄의 품질은 온도, 반응물의 체류 시간 및 산소 공급원의 순도와 같은 인자에 의존한다. 연구에 따르면 정확하게 제어 된 산화 온도와 짧은 거주 시간은 고품질 페인트 및 코팅과 같은 응용에 유리한 좁은 입자 크기 분포 및 높은 결정도로 이산화 티타늄을 형성 할 수 있습니다.
이산화 티탄의 제조 공정은 다양한 품질 속성에 큰 영향을 미칩니다.
설페이트 및 염화물 공정은 모두 이산화 티타늄의 입자 크기 및 분포에 영향을 줄 수 있습니다. 설페이트 과정에서, 앞에서 언급 한 바와 같이, 가수 분해 및 소환 조건 동안의 pH는 입자 크기를 결정하는 데 역할을한다. 염화물 공정에서 온도 및 거주 시간을 포함한 산화 조건은 입자 크기에 영향을 미칩니다. 좁은 입자 크기 분포는 일반적으로 페인트 및 코팅과 같은 응용 분야에서 선호됩니다. 예를 들어, 두 공정에 의해 제조 된 다른 이산화물 생성물을 비교 한 연구에서, 최적화 된 조건 하에서 염화물 공정에 의해 생성 된 것들이 더 일관된 입자 크기 분포를 가졌으므로 페인트 제형에서 우수한 은신 전력을 초래한다는 것이 밝혀졌다.
제조 공정은 이산화 티타늄이 rutile, anatase 또는 brookite 결정 형태에 있는지 여부를 결정합니다. 황산염 공정은 소액화 조건에 따라 양극과 아나 타제 형태를 생성 할 수 있습니다. 염화물 공정은 산화 단계와 관련된 고온으로 인해 Rutile 형태를 생성 할 가능성이 더 높습니다. 결정 구조는 굴절률 및 광촉매 활성과 같은 특성에 영향을 미칩니다. 예를 들어, Rutile Titanium 이산화물은 아나 타제와 비교하여 더 높은 굴절률을 가지므로 흰색 페인트와 같이 높은 불투명도가 필요한 응용 분야에 더 적합합니다.
이산화 티타늄의 순도는 다양한 응용 분야에서의 성능에 중요합니다. 설페이트 과정에서 황산이 고품질이 아니거나 반응 조건이 제대로 제어되지 않으면 광석 소화 중에 불순물이 들어갈 수 있습니다. 염화물 과정에서, 출발 물질의 불순물 또는 염소화 및 산화 단계 동안의 불순물은 최종 생성물의 순도에 영향을 줄 수 있습니다. 안전 및 제품 품질을 보장하기 위해 화장품 및 식품 포장과 같은 응용 분야에서 고급 티타늄 이산화 티타늄이 필요합니다. 예를 들어, 화장품 산업에서, 순도 수준이 99% 이상인 이산화 티타늄은 일반적으로 잠재적 인 피부 자극 또는 다른 부작용을 피하기 위해 사용됩니다.
이산화 티타늄의 품질에 대한 제조 공정의 영향을 더 설명하기 위해 몇 가지 사례 연구를 고려해 봅시다.
페인트 제조업체는 이산화 티타늄 기반 페인트의 숨겨진 전력 및 분산성에 문제가있었습니다. 그들은 사용중인 이산화 티타늄의 제조 공정을 조사하기로 결정했습니다. 다른 공급 업체의 제품을 분석 한 후, 최적화 된 조건 하에서 염화물 공정에서 생산 된 제품은 페인트 제형에서 훨씬 더 나은 성능을 보였음을 발견했습니다. 염화물 처리 된 이산화 티타늄은 주로 포지티브 결정 구조로 인해 더 일관된 입자 크기 분포와 더 높은 굴절률을 가졌으며, 이는 페인트 매트릭스에서 더 나은 숨겨지고 더 쉬운 파워와 더 쉬운 분산 성으로 변환되었습니다.
화장품 산업에서 회사는 제품에 사용되는 이산화 티타늄의 순도에 대해 우려했습니다. 그들은 다양한 제조업체로부터 공급되는 이산화 티타늄 샘플에 대해 광범위한 테스트를 수행했습니다. 그들은 황산염 과정이 신중하게 조절되지는 않지만 피부 자극을 유발할 수있는 불순물을 일으킬 수 있음을 발견했습니다. 반면에, 고품질 원자재와 적절한 공정 제어로 시작할 때 염화물 공정은 화장품 적용에 적합한 순도 수준으로 이산화 티타늄을 생산하여 제품의 안전성과 품질을 보장 할 수 있습니다.
우리는 제조 공정이 품질에 미치는 영향에 대한 통찰력을 얻기 위해 이산화 티탄 제조 분야의 여러 전문가들에게 연락했습니다.
\ '이산화 티타늄의 제조 공정은 화학 반응 및 물리적 형질 전환의 복잡한 상호 작용입니다. 제 생각에는 고품질 이산화 티타늄 이산화 티타늄이 공정 매개 변수의 정확한 제어에 있습니다. 예를 들어, 황산 공정에서 정확한 PH를 유지하고 적절한 계산 온도를 유지하는 데 중요합니다. 출발 물질의 순도와 산화 조건의 정확한 제어는 최고 수준의 제품을 생산하는 데 필수적입니다. \ '
\ '저는 다양한 산업의 발전하는 요구를 충족시키기 위해 제조 공정의 지속적인 개선이 필요하다고 생각합니다. 예를 들어, 지속 가능성에 대한 초점이 높아짐에 따라, 우리는 이산화 티탄 제조 중에 에너지 소비 및 폐기물 생성을 줄이는 방법을 모색해야합니다. 이는 과도한 가열 또는 냉각의 필요성을 최소화하기 위해 반응 조건을 최적화하기 위해 반응 조건을 최적화 할 수 있습니다. 더 나은 프로세스 제어를 통해 화장품 및 식품 포장과 같은 민감한 산업의 응용 프로그램에 중요합니다. \ '
위의 분석을 기반으로, 이산화 티타늄 제조업체에 대해 다음과 같은 실질적인 권장 사항을 수행 할 수 있습니다.
제조업체는 제조 공정을 지속적으로 최적화해야합니다. 설페이트 공정에서, 이것은 가수 분해 및 소액화 동안 pH 및 온도를 정확하게 제어 할뿐만 아니라 소화 온도 및 산 농도를 미세 조정하는 것을 포함 할 수있다. 염화물 공정에서, 출발 물질의 순도를 보장하기위한 노력이 이루어져야하며, 원하는 입자 크기 분포 및 결정 구조를 얻기 위해 산화 조건을 신중하게 모니터링하고 조정해야한다.
강력한 품질 관리 조치가 필수적입니다. 순도, 입자 크기 분포 및 결정 구조를 모니터링하기 위해 중간 및 최종 제품의 정기적 인 샘플링 및 테스트를 수행해야합니다. 이산화 고품질 티타늄의 일관된 생산을 보장하기 위해 원하는 품질 매개 변수와의 편차를 즉시 해결해야합니다.
지속 가능성의 중요성이 커지면 제조업체는 환경 영향을 줄이는 방법을 모색해야합니다. 여기에는 열 교환기를 사용하여 폐 열을 회수하는 등의 제조 공정에서 에너지 효율적인 기술 구현이 포함될 수 있습니다. 또한, 부산물을 재활용하고 폐기물 생성을 줄이려는 노력이 이루어져야합니다. 예를 들어, 설페이트 공정에서 황산 부산물은 재활용 및 재사용 될 수있어 신선한 황산의 필요성을 줄이고 폐기물을 최소화 할 수 있습니다.
결론적으로, 이산화 티타늄의 제조 공정은 품질에 큰 영향을 미칩니다. 설페이트 및 염화물 공정은 각각 고유 한 특성과 입자 크기 및 분포, 결정 구조 및 순도와 같은 다양한 품질 속성에 영향을 미치는 단계를 갖습니다. 사례 연구, 전문가 의견 및 실제 권장 사항을 통해 고품질 이산화 티탄을 생산할 때 정확한 프로세스 제어, 품질 관리 및 지속 가능성 고려 사항의 중요성을 보았습니다. 이산화 티타늄에 대한 수요가 다양한 산업에서 계속 성장함에 따라 제조업체는 최종 사용 제품의 발전하는 요구 사항을 충족시키고 이산화 티탄 제품의 품질과 성능을 보장하기 위해 제조 공정을 지속적으로 개선해야합니다.
