钛液的水解是二氧化钛组分从液相(钛液)重新转变为固相(偏钛酸)的过程，从而与母液中的可溶性杂质分离以提取纯二氧化钛。 水解工序是硫酸法生产中及其重要的工序之一。水解作用的优劣不但影响工业生产的经济性，而且对最终产品的质量有极大的关系，水解时造成的差错往往在后工序是不能挽救的。

　　工业上对水解有如下要求：第一，水解率要高，即液相中的二氧化钛组分转变为固相的百分率要高，在不影响 成品质量和性能的条件下水解率越高越经济;第二，水解产物必须是具有一定大小而均匀的粒子， 组成要恒定，同时易于过滤与洗涤;第三，工艺条件要成熟易于控制;水解产物的质量要稳定，设备要简单，能适应工业生产的需要。

　　A、水解工艺基本原理
   
   a. 盐类的水解

　　由弱酸或弱碱生成的盐，溶于水时，会发生水解反应，而使溶液呈碱性或酸性。例如弱酸盐醋酸钠，水解后生成微弱电离的 HAC 分子而释出 OH-离子，使溶液呈碱性。

　　弱碱盐氯化铵，水解后则生成微弱电离的 NH OH 分子而释出 H+离子，使溶液呈酸性。

　　反应进行到各有关浓度之比等于其水解常数值，反应便达到平衡。 如果水解的生成物是难溶物质或气体，就破坏了反应平衡，使反应继续进行，甚至可达到完全水解的程度。例如：混合氯化铝溶液和碳酸钠溶液时，溶液中便发生相当于碳酸铝完全水解的反应。　

　　影响盐类水解度的因素，有溶液的温度、所含盐的浓度和溶液的 pH 值。因为水解反应是吸热反 应，所以提高反应温度促使平衡向水解方向移动，增加水解的程度。降低溶液中所含盐的浓度有利 于盐的电离，也能使水解程度提高。但对水解率影响最大的是 pH 值，因为在盐类达到水解平衡之后， 加入 H+或 OH-便能破坏平衡使反应向顺或逆向移动。如对弱酸强碱的盐，若提高溶液的酸度能抑止盐 的水解使水解平衡向逆方向移动。所以对于铁(Fe3+,Fe2+)，铝(Al3+)，锰(Mn2+)，铜(Cu2+),镍(Ni2+), 钒(VO2+),铅(Pb2+)等金属的硫酸盐或盐酸盐，它们在酸度较高的溶液中一般不会水解，生成相应 的氢氧化物沉淀。

　　在硫酸法钛白生产过程中，由于钛液的酸度很高，所以在热水解过程中它所含的杂质金属离子 受到酸度的抑制而不会水解。

　　b. 钛液的水解反应

　　钛液的水解与一般盐类的水解有所不同，它没有一个固定的 pH 值，只要在加热或者稀释的条件 下它即能水解而析出氢氧化钛的水合物沉淀。甚至在酸度极高(如含 H2SO4 400～500g/l)时，经 长时期的煮沸也会析出沉淀。因此在水解前的各工序中，钛液的温度应控制在 70℃以下，同时也应 避免过分稀释以免发生早期水解的危险。

　　在常温下用水稀释钛液时，析出的是胶体氢氧化钛沉淀。这种水合物即使在常温下也很易溶于 有机酸、稀的无机酸、碱以及钛盐溶液中，这样的溶液具有明显的胶体特征。这种水合物的组成接 近于二氧化钛二水合物 TiO2·2H2O 或者 Ti(OH)4。

　　

　　当水合物陈化时，例如经过加热则失去胶体特征和易于胶溶的能力，也丧失了易溶于有机酸、弱 酸、碱和钛盐溶液的能力。此时，其组成也发生变化，接近于一水合物——TiO2·H2O 或者 TiO(OH)2。

　　由于钛的氢氧化物具有两性的特征，且偏酸性，故可把它们看成是钛酸，Ti(OH)4 就是正钛酸或

　　α钛酸 H4TiO4;TiO(OH)2 就是偏钛酸或β钛酸 H2TiO3。经 x 射线分析表明，正钛酸是无定型化合物， 而偏钛酸具有不太明显的晶体结构，它与锐钛型二氧化钛的晶体结构完全相同。据此可以认为钛酸 实质上是高分散和活性状态的二氧化钛，它牢固地吸附着一定数量的水。

　　如果将钛液加热使其维持沸腾也会发生水解反应，生成白色偏钛酸沉淀。这是硫酸法钛白生产， 在工业上制取偏钛酸的唯一方法。

　　水解生成的偏钛酸具有无定型结构或者不明显的锐钛型微晶体结构，其直径为 3～10 微米，它们按一定的方向(20～30)配位成为胶粒。胶粒在硫酸盐离子的作用下加速凝聚，构成凝聚体(偏钛酸) 而沉析出来。它决定着二氧化钛粒子的大小。凝聚体的大小为 0.4～2.0 微米(基本上为 0.55～0.75 微米)，它的比表面积约为 60～70m2/克。由于比表面积很大，所以能够吸附相当数量的水和硫酸根离子。每克分子偏钛酸约吸附 0.1 克分子 SO4 ，所以 H2TiO3 的组成近乎是 10 H2TiO3SO3。也有些报道　认为凝聚体的大小仅 0.6～0.7 微米，这些颗粒是由大约 1000 个 60～75 毫微米的小微粒胶凝而成， 每个微粒约含有 20 个 20A°的微晶体，这是加到溶液中去的晶种。

　　水解过程中，不仅发生粒子凝聚成为偏钛酸沉淀而析出，而且以前析出的沉淀会重新溶解，然 后又以组成改变了的固相形态析出。偏钛酸的具体结构比较复杂，而且因水解条件的不同而各有所 异。我们可以 TiO2·xSO3·yH2O 来表示，式中 x 和 y 都是不固定的。因此工业上的水解产物的正确 名称应是水合二氧化钛而不是偏钛酸，但为简便通俗，以后仍称偏钛酸。

　　水解在三氧化钛生产中极为重要，水解的条件决定着微晶体、胶粒和粒子的大小，归根到底也 就是决定着最终产品的质量。

　　以上就是通常所说的钛液的热水解过程。此反应是在较高的酸度下进行的，并且随着反应的进 行，偏钛酸的析出，使结合着的酸游离出来，增加了游离酸的浓度。由于其他金属盐类只能在很低 的酸度下才能发生水解而残留在母液中(俗称废酸)，因而析出的偏钛酸应是“纯净”的。然而，在 实际生产时，偏钛酸总会含有杂质，这是由于它具有很大的比表面积而吸附杂质，而且它是胶粒的 凝聚体，在凝析聚沉时会夹着杂质共同沉析。

　　B、钛液热水解过程的步骤

　　根据研究结果表明，水解过程大致可以分为以下三个阶段。

　　a. 第一阶段----晶核的形成

　　水解的第一步，是从完全澄清的溶液中析出第一批极为微小的结晶中心，称为晶核。不同的水 解条件，得到的是不同数量和具有不同组成的晶核。晶核的数量与组成决定了水解沉淀物的组成， 也决定了最后成品的性质。因此水解是二氧化钛生产中最主要的一环，而形成结晶中心是水解过程 中最重要的一环。

　　在实际生产中，生成晶核有二种方法，一种是在原来溶液中培养晶核，即所谓自生晶种;另一 种是另外制造晶核，而后把它引人澄清的溶液中去，即所谓外加晶种。

　　b. 第二阶段----晶核的成长与沉淀的形成

　　当晶核形成后，如果使水解作用继续进行，则根据结晶原理，在晶核表面便发生钛的固析。这就促使晶核逐渐累积长大，当达到相当大小时便成为沉淀而沉析出来。

　　c. 第三阶段----熟化

　　沉淀物的组成以及溶液组成，随着水解作用的进展而改变当沉淀物开始析出后，水解作用仍以 较大的速度在进行，晶体继续成长。在这阶段里，溶液的成分随着沉淀而不断变化。TiO2 的含量逐 渐降低，而游离酸浓度不断提高。这个变化直接影响了沉淀物的组成，能使沉淀的粒子局部溶解， 而后又重新析出新组成的沉淀，也可能是固体沉淀物的直接转化。这个过程不断继续直到水解完全， 溶液中只剩下极少数的钛及较浓的硫酸，此时沉淀物的组成才最后固定下来。

　　钛液中三价钛离子的水解 pH 值接近于3，并且不具有胶体特征，所以在热水解过程中它不发生 水解反应，不产生沉淀。在热水解结束后仍留在母液中。但由于搅拌及沸腾的影响，会有部分被空 气氧化而成为硫酸氧钛。

　　2Ti2(SO4)3+O2+2H2O=4TiOSO4+2H2SO4

　　水解后母液中应保持 Ti+3 含量在 0.5 克/升左右。

　　C、水解的方法和操作

　　在工业生产上有三种水解方法：外加晶种加压法水解;外加晶种常压法水解;自生晶种稀释法 水解。这里主要介绍第三种方法的水解操作。

　　自生晶种加压法水解的操作过程如下：首先在水解锅里注入一定量的沸水然后在搅拌下预热至 90-98℃含二氧化钛 250 克/升左右的浓钛液于 16-18 分钟内加入水解罐中，控制钛液与沸水的体积 比为 4:1。用直接蒸汽加热到沸腾进行水解。开始时钛液由于稀释生成沉淀，但在继续注入浓钛液 时由于酸度提高而重新溶解，形成具有一定性质的晶核，这个过程大约在一分钟之内就能完成，加 完钛液后，在一定的时间内将钛液升温至沸腾，使之水解。当溶液达到一定的比色标准后，即表示 水解的诱导期结束，此时水解反应迅速进行，为得到良好的偏钛酸粒度，这时最好停一段时间搅拌 和蒸汽加热。在停搅拌和蒸汽的过程中，水解反应迅速进行，溶液由兰灰色变为黄褐色，然后再开 启搅拌和蒸汽加热，使溶液升温至沸腾，沸腾一定的时间以后，再缓慢的加入一定量的稀释水调节 总钛浓度为 160-170 克/升继续水解，加完稀释水还应保持浆料沸腾直到水解完全。在水解的过程中 始终要保持浆料沸腾。在水解过程中搅拌速度控制在大约 10 转/分。总水解时间为 5.5hr 左右。

　　自生晶种稀释法水解流程简单，不需另设制造晶种的设备，但在晶种制备过程中控制比较困难， 晶种的好坏直接影响水解产品的好坏，最终决定成品的粒度及白度等重要指标，故水解操作时必须 精细，各指标必须严格控制。

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