摘要：在保持漿料密度、脫鹽水、分散劑加量、攪拌速度、攪拌時(shí)間等因素不變的條件下，進(jìn)行了 金紅石型二氧化鈦粗品的打漿實(shí)驗(yàn)。
分別討論了物料的pH值、磷、硫、鉀、鋅等微量元素百分含量 以及金紅石含量等因素對(duì)打漿后漿料粘度的影響。
關(guān)鍵詞：PH值；微量元素；百分含量；金紅石；粘度
引言
金紅石型鈦白粉具有較高的消色力、良 好的化學(xué)穩(wěn)定性及較好的耐候性，可廣泛應(yīng) 用在涂料、塑料、造紙等行業(yè)[13。隨著世界 經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類科技的進(jìn)步，人們對(duì)鈦白 粉的認(rèn)識(shí)將越來越深，鈦白粉的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?越來越廣，鈦白粉的市場(chǎng)需求也越來越大，它 有著極其寬廣的發(fā)展和應(yīng)用前景。在硫酸法 生產(chǎn)金紅石型鈦白粉的過程中，在無機(jī)包膜 之前，經(jīng)轉(zhuǎn)窯煅燒后的粗品顆粒經(jīng)雷蒙或者 輥壓磨研磨后進(jìn)行打漿，打漿后漿料進(jìn)入砂 磨機(jī)研磨，經(jīng)砂磨機(jī)研磨后的漿料進(jìn)入表面 處理前貯罐等待包膜。打漿是個(gè)比較重要的 工序，在該過程中，鈦白粉在水中分散程度和 分散狀態(tài)非常重要。打漿效果用粘度值來衡 量，粘度是衡量漿料分散程度好壞的一個(gè)非 常重要的指標(biāo)。控制好漿料粘度會(huì)對(duì)后處理 過程，尤其是后續(xù)包膜的均勻性和致密性將 有較大的幫助。打漿后漿料粘度偏高會(huì)導(dǎo)致部分細(xì)顆粒重新凝聚成粗顆粒，從而造成顆 粒表面包膜不均勻，甚至有些顆粒涂覆不到， 從而影響產(chǎn)品的應(yīng)用性能。因此，研究影響 漿料粘度因素，將粘度控制在更加合理范圍 內(nèi)具有重要的實(shí)踐意義。 影響分散打漿漿料粘度的因素比較多。 常見的影響因素有漿料密度、漿液的pH值、 分散劑用量、水質(zhì)、攪拌時(shí)間[2]以及二氧化 鈦表面電荷、表面自由能、表面吸附[3]等等。 前六項(xiàng)影響因素稱為外部因素，其可控的范 圍在生產(chǎn)實(shí)踐中已有過驗(yàn)證[2]。比如，漿液 pH值通常控制在8．5—11．0，此時(shí)，打漿過 程中漿料不會(huì)出現(xiàn)絮凝現(xiàn)象。與漿料pH值 密切相關(guān)的是分散劑用量以及粗品粉料的 pH值，考慮到成本等因素，其用量通常不超 過粉料的1％，如果雷蒙磨后粉料的pH值低 于7．0，打漿時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)添加分 散劑用量。近幾年，我公司也在分散劑配方 和用量等方面做過相應(yīng)的研究。摸索出了 適應(yīng)本公司鈦白粉生產(chǎn)的打漿條件的分散劑 配方和用量。
除外部因素外，粗品本身的特性比如金 紅石含量，其表面狀態(tài)(pH值、電荷、表面能) 以及微量元素含量等組分構(gòu)成也會(huì)對(duì)打漿分 散后漿料粘度產(chǎn)生影響。其中物料pH值是 衡量煅燒過程控制程度的一項(xiàng)重要指標(biāo)。物料的燒結(jié)程度(可以用硫元素百分含量以 及金紅石含量衡量)以及鹽處理過程加入微 量元素等內(nèi)部因素都有可能會(huì)對(duì)分散打漿造 成影響。一些微量元素，比如五氧化二磷、氧 化鉀和氧化鋅等都是通過其鹽溶液形式在鹽 處理崗位加入。通過打漿實(shí)驗(yàn)，考察了粗品 粉料幾個(gè)內(nèi)部因素對(duì)漿料粘度的影響，找尋 其規(guī)律并在生產(chǎn)中適當(dāng)作出調(diào)整，將這些參 數(shù)控制在更加合理的范圍內(nèi)，雷蒙打漿時(shí)保 證漿料粘度保持在較低的范圍內(nèi)。
實(shí)驗(yàn)部分
2．1原料、儀器和試劑 現(xiàn)場(chǎng)定點(diǎn)定時(shí)取樣(雷蒙螺旋口出料)、 蒸餾水、分散劑(工業(yè)試劑、現(xiàn)場(chǎng)取樣)。 PW2400熒光分析儀(Philips)、PWl800 X一射線衍射儀(Philips)、電子天平、梅特勒 一托利多DELTA 320 pH計(jì)、海默生粘度計(jì)、JJ一1增力電動(dòng)攪拌器。
2．2實(shí)驗(yàn)方法和過程 為盡量減少外部因素的影響、便于對(duì)照， 我們控制漿料密度、分散劑加量、攪拌轉(zhuǎn)速、 攪拌時(shí)間、脫鹽水的pH值以及水溫等條件 保持一致，開展了對(duì)照打漿實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前，測(cè) 定了物料的相關(guān)參數(shù)。 稱取2 g待測(cè)試樣，放人50 ml的燒杯 中。再量取20 m1的蒸餾水，倒人裝有試樣 的燒杯中，攪勻后靜置5 min，然后將pH計(jì) 的電極插入試樣中，pH計(jì)的穩(wěn)定顯示讀數(shù)即 為pH值。同時(shí)，也分別測(cè)定了粗品中磷、 硫、鉀、鋅等微量元素的百分含量和金紅石 含量。 稱取0．3‰樣品量[5]的分散劑加入到盛 有一定量脫鹽水(pH值、水溫恒定)的燒杯 中，攪拌均勻后加入定量金紅石型二氧化鈦 粗品樣品，用脫鹽水調(diào)節(jié)漿料密度至600 g／ L，攪拌30 min，打漿結(jié)束后測(cè)定漿料粘度。 3實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論 3．1 二氧化鈦粗品pH值對(duì)打漿后漿料粘 度的影響 從圖l可以看出，粗品pH值對(duì)打漿效 果影響很大。依據(jù)粗品料本身pH值的不 同，打漿后漿料粘度大致分布在以pH值在 7．0附近的兩個(gè)區(qū)域內(nèi)。扣除特殊點(diǎn)，pH值 低于7．0時(shí)，漿料粘度普遍低于1 000 cp(多 數(shù)低于800 cp)，在此，我們稱之為低粘度區(qū)； 反之，漿料粘度大于1 000 cp的紅色標(biāo)注區(qū)， 稱為高粘度區(qū)。隨二氧化鈦粗品本身pH值增大，漿料粘度整體呈現(xiàn)出升高的變化過程。 這是因?yàn)槎趸侇w粒表面帶有一定量的電 荷，而且pH值會(huì)直接影響顆粒表面的帶電 情況。在低pH值區(qū)，顆粒表面可能帶電荷 多，顆粒間相互排斥大，所以分散性較好，粘 度較低；隨著pH值的升高，顆粒表面帶電量 逐漸減少，顆粒間作用力變小，分散性能下 降，故粘度升高。所以，為了分散打漿時(shí)獲得 更低粘度的漿料，通過控制條件，可以將物料 pH值控制在6．O一7．0之間。
3．2二氧化鈦粗品中微量元素對(duì)打漿后漿 料粘度的影響 分別考察了金紅石型二氧化鈦粗品料幾 種微量元素百分含量對(duì)打漿后漿料粘度的影 響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別如圖2至圖5所示。 從圖2可以看出，磷元素在樣品中百分 含量大小對(duì)分散打漿后漿料粘度的影響比較 顯著。在鹽處理崗位加入磷元素有以下幾個(gè) 方面作用：一是它有利于提高產(chǎn)品的白度，因 為它可以與偏鈦酸中鐵形成白色的磷酸鐵和 淡黃色的磷酸高鐵，防止鐵元素在煅燒時(shí)產(chǎn) 生棕紅色的氧化鐵，改善產(chǎn)品的白度。二是 它是阻止銳鈦型向金紅石型轉(zhuǎn)化的抑制劑。 當(dāng)然磷元素加入量過大會(huì)增大體系粘度。 從圖中看出，粘度分布集中在兩大區(qū)域，左側(cè)框內(nèi)是低粘度區(qū)，粘度通常較低；右側(cè)框內(nèi)屬于高粘度區(qū)。磷百分含量(以P2 05計(jì))以0． 052 5％為分界點(diǎn)，當(dāng)它低于該數(shù)值，漿料粘 度比較低，通常在700 cp內(nèi)，反之高粘度比 較集中，通常會(huì)超過l 000 cp。這一分界點(diǎn) 與生產(chǎn)電焊條級(jí)鈦白粉時(shí)對(duì)磷含量的加量要 求比較接近，因?yàn)檫^高的含磷量會(huì)對(duì)焊縫產(chǎn) 生冷脆性等不利影響。同樣，為了獲取低 粘度漿料，更好地方便表面包膜等后處理工 序，可以將金紅石型二氧化鈦粗品中磷元素 百分含量控制在0．052 5％以內(nèi)。 硫元素百分含量對(duì)打漿的影響也是有規(guī) 律可循的。從圖3可以看出，特殊點(diǎn)除外，當(dāng) 粗品燒結(jié)比較嚴(yán)重時(shí)，即硫含量較低時(shí)，打漿后漿料的粘度比較高一些，這與pH值對(duì)粘 度影響較符合，因?yàn)榱蛟睾康蚿H值較 高，此時(shí)，硫元素百分含量通常在0．022％以 內(nèi)，當(dāng)其高于這一值后，打漿后漿料粘度將處 在低粘度區(qū)。跟磷元素類似，鉀組分主要也是偏鈦酸 在進(jìn)行煅燒前作為鹽處理劑引入的。鉀鹽作 為結(jié)構(gòu)和顏色的調(diào)整控制劑，有助于粒子的 成型，防止燒結(jié)，降低煅燒溫度，提高脫硫速 度，同時(shí)抑制粒子生長(zhǎng)速率和向金紅石轉(zhuǎn)化， 能夠顯著提高產(chǎn)品白度和消色力。如圖4所 示，鉀元素對(duì)粉料的打漿分散效果影響十分 明顯。當(dāng)其百分含量不超過0．25 oA時(shí)，分散 打漿后漿料粘度處在低粘度范圍內(nèi)，漿料粘 度值通常不會(huì)超過1 000 cp；而超過0．26％ 時(shí)，漿料粘度則會(huì)在1 000 cp以上。所以，為 了優(yōu)化分散打漿，鉀元素百分含量最好范圍 最好不超過0．26％。氧化鋅作為金紅石促進(jìn)劑，可加速晶型 轉(zhuǎn)化、提高轉(zhuǎn)化率，降低達(dá)到最高轉(zhuǎn)化率的溫 度，提高產(chǎn)品的耐候性。但鋅加量偏高會(huì)導(dǎo) 致轉(zhuǎn)化速率加快，導(dǎo)致煅燒強(qiáng)度不夠而造成 消色力偏低，會(huì)影響鈦白粉的使用效果。從 圖5可以看出，鋅元素的百分含量對(duì)分散打 漿的效果好壞影響并不大，隨鋅元素百分含量的增加漿料粘度沒有呈現(xiàn)出較明顯的 變化。作為生產(chǎn)金紅石鈦白粉的粗品料，其金 紅石含量比較重要。該值也是衡量煅燒效果 的一項(xiàng)極其重要標(biāo)準(zhǔn)，其含量通常會(huì)控制在 一定范圍內(nèi)，對(duì)于生產(chǎn)通用性金紅石型二氧 化鈦，該值通常不會(huì)低于98％。從圖6可以 看出，金紅石含量高低對(duì)打漿后漿料粘度的 影響不大。為它們成絲狀或者帶狀結(jié)構(gòu)，有利于二氧化 鈦粒子分散所致。
3．3有機(jī)處理劑影響 選取有機(jī)表面處理劑a替代現(xiàn)用的b在 漿料環(huán)境下進(jìn)行有機(jī)改性處理，氣粉環(huán)節(jié)仍 添加TMP進(jìn)行有機(jī)處理，漿料環(huán)境下粘度 及產(chǎn)品質(zhì)量變化顯著。
粗品中金紅石對(duì)漿料粘度的影響：
作為生產(chǎn)金紅石鈦白粉的粗品料，其金 紅石含量比較重要。該值也是衡量煅燒效果 的一項(xiàng)極其重要標(biāo)準(zhǔn)，其含量通常會(huì)控制在 一定范圍內(nèi)，對(duì)于生產(chǎn)通用性金紅石型二氧 化鈦，該值通常不會(huì)低于98％。從圖6可以 看出，金紅石含量高低對(duì)打漿后漿料粘度的 影響不大。
