【原创】碳酸钙与钛白粉复合粉体，哪种生产工艺效果好？产业化到哪一步了？

中国粉体网讯 钛白粉粒子的颜料性能通过光学性能体现，光学性能则主要取决于TiO₂粒子的表面性质，因此，TiO₂粒子内核对光学性能几乎没有贡献。如果能使用碳酸钙等廉价易得的白色材料取代TiO₂粒子内核，则钛白粉单位成本将大大降低。

1、复合钛白粉研究历程

在钛白替代方面，目前国际上主要通过制备核壳型复合粉体来替代。因为在惰性粉体的表面包覆一层超细的钛白粉，其遮盖力和颜色性能主要呈现钛白的性质。美国、英国、德国、日本等国家，从上世纪七十年代就开始从事钛白粉代用品的研究和探索工作，并取得了较大的经济效益。近年来先后开发了以云母、高岭土、滑石、硅灰石、碳酸钙等为核心的复合钛白粉，分别用于化妆品、涂料和造纸等行业，满足中低端市场需求。目前，我国复合白粉的研究开发还处于初级阶段，产品性能不佳，一般只能代替10%~30%的钛白粉。

国内外复合钛白的生产方法归纳起来有：物理法、化学法和化学物理综合法三种，各种方法具体又可分为多种，由于原理的不同，生产出的复合铁白在质量和成本上有很大差异。

2、碳酸钙复合钛白粉主要制备工艺

（1）粒-粒包覆改性法

该法以碳酸钙、高岭土、烧高岭土和重晶石等白色矿物粉体为包核基体，结晶Ti0₂（锐钛型和金红石型）为包膜物，采用白色矿物粉体湿法超细研磨和白色矿物粉体与结晶Ti0₂湿法共混研磨途径，通过固体颗粒的分割细化、表面基化改造和机械力化学效应导致的粒-粒包覆改性反应等方式制备而成。白色矿物粉体-Ti02复合白色颜料的细度达到小于2微米含量90%~94%，各组分按重量的组成比为:白色矿物粉体（碳酸钙或高岭土，或烧高岭土，或重晶石）50%-80%，结晶Ti02（锐铁型或金红石型）20%-50%。

该法生产的复合钛白粉适用于塑料、造纸等利用白色颜料物理性能的场合，可以起到改善应用产品性能和降低成本的作用。作为一种化学、物理综合方法，它仍然存在结合力不太强、粒-粒包覆是在二次团聚粒子上进行等不足，只能在部分行业的中低档次产品中得到适度应用，且成本依旧较高。

兴业诚钢钙业综合利用有限公司和广西大学公布了一种碳酸钙复合钛白粉，包括以下重量份组分：800目重质碳酸钙2326份、1250目金红石型钛白粉1215份、1000目氧化锆36份、无水乙醇4851份、KH7920.251份、正硅酸乙酯47份。本发明应用疏水聚团理论，以无水乙醇为分散介质，用表面活性剂对粉体进行疏水改性制备前驱体，改善粉体的分散性，同时浆液中的颗粒会因疏水作用产生吸引力，由此相互结合，并制得包覆均匀，结合力强的碳酸钙复合钛白粉。

碳酸钙/TiO₂复合材料加工工艺流程图

（2）碳酸化法

该方法采用CaCO₃、Ti0₂等为原料，用CaCO₃微粒取代TiO₂二次粒子内核，降低该颜料粒子中TiO₂的比例，从而获得成本低廉、性能又能满足相关要求的复合钦白颜料。日本日铁矿业株式会采用碳酸化方法，制备了一种高度不透明性的二氧化钛-碳酸复合粒子，该方法是在碳酸化步骤添加具有平均粒径0.1~0.5微米的Ti0₂粒子，在搅拌过程中，在氢氧化钙浆料中导入二氧化碳气体，进行碳酸化反应，使反应进行到浆料的pH为7，最终获得复合钛白粉。该产品可应用于造纸用的涂料、塑料、纸、橡胶等产品中。总体而言，该方法利用现有碳酸钙生产工艺流程，增加部分工序后即可实现工业化生产，具备很好的应用前景。但该方法制备的复合钦白粉的碳酸钙与二氧化钛的结合还不够牢固，遮盖力不够强，且耐候性不高，工艺仍需改进。

黑龙江越阳环保科技有限公司提供一种复合钛白粉的制备方法。在轻质碳酸钙生产过程的碳化阶段，加入偏钛酸为钛源包覆剂，加入硅酸钠为粘结剂和无机包覆剂，过滤，水洗，干燥，粉碎，即得。制备过程中，当反应进行90%左右时，被加入的偏酸粒子沉积在CaCO₃颗粒表面，随即又被覆盖一层CaCO₃薄层，之后再次被偏钛酸粒子沉积，如此反复，直到Ca(OH)₂消耗殆尽。当碳化反应结束后，CaCO₃颗粒表面继续沉积了一层偏钛酸。为了使外表层的偏钛酸与CaCO₃颗粒表面的结合力更牢固，在此过程中加入了硅酸钠作粘结剂，同时起到无机包膜的作用。对上述复合钛白浆料过滤、洗涤后，进行干燥，偏钦酸脱水后成为锐钛型Ti02薄层镶嵌及包覆在CaCO₃颗粒表面，从而获得复合钛白粉。采用本发明方法制备的复合钛白粉的白度、耐候性、遮盖力、吸油量等性能较好，且生产成本较低，只相当于普通锐钛型钛白粉的1/4，可广泛用于涂料、造纸等行业，具有良好的市场前景。

（3）溶胶-凝胶法

中钛集团焦作市裕盛钛业有限公司公布了一种钛包覆轻质碳酸钙的复合钛白粉的制备方法，将轻质碳酸钙分散到钛酸丁酯溶液中，加水使钛酸丁酯水解，在轻质碳酸钙表面形成包覆层，并加入甲基丙烯酸甲酯进行表面处理，过滤，洗涤，烘干，粉碎。本发明的有益效果是提高钛白粉产品的颜料性能，增强其在有机溶剂中的分散稳定性及其耐候性。

结语

除了碳酸钙、高岭土、硫酸钡等较为传统的无机粉体可作为复合钛白粉的核心材料外，二氧化硅、氧化铝、氧化锆等先进粉体材料在这一领域也有很广泛应用，虽不具备碳酸钙的价格优势，但其功能性和补强效果上各有特点，多种粉体协同改性后有更多的可能性。

参考来源：

专利之星

周文静，等：造纸用复合钛白粉的制备及性能研究，龙佰集团股份有限公司

徐卓群，等：机械研磨制备碳酸钙-纳米TiO₂复合光催化剂及性能研究，中国地质大学（北京）

安徽省宣城市泾县碳酸钙新材料产业发展规划(2021-2025)

(中国粉体网编辑整理/昧光)

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