提高鈦白粉油分散性的幾種方法的探索

胡素玲

（攀鋼集團(tuán)鈦業(yè)有限責(zé)任公司，四川 攀枝花 617063）

1 引言

油分散性是衡量金紅石鈦白粉質(zhì)量?jī)?yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo)之一，是很多專業(yè)研究機(jī)構(gòu)、硫酸法金紅石鈦白粉生產(chǎn)工廠長(zhǎng)期開展研究工作的重點(diǎn)內(nèi)容。其不但決定了產(chǎn)品的等級(jí)的高低，更能衡量在下游用戶使用過程中的好壞。如產(chǎn)品油分散性不好，容易造成涂料、油墨、色母等行業(yè)多次研磨導(dǎo)致生產(chǎn)成本的提高、制漆性能以及成品油墨嚴(yán)重分層等問題。因此，有必要結(jié)合硫酸法鈦白生產(chǎn)的工藝特征，對(duì)影響油分散性提高的關(guān)鍵工藝進(jìn)行研究，并提出行之有效的改進(jìn)措施。

2 油分散性的標(biāo)識(shí)方法

鈦白行業(yè)檢測(cè)產(chǎn)品油分散性一般采用的是刮板細(xì)度計(jì)，也叫黑格曼細(xì)度計(jì)，是一塊帶有從0到若干微米深的楔形溝槽的磨光平板。將涂料試樣滴入溝槽的最深部位，用刮刀垂直平板拉過槽的整個(gè)長(zhǎng)度，立即用30°對(duì)光觀察溝槽中均勻顯露涂料顆粒密集的位置，即得該試樣的油分散性，即黑格曼數(shù)，也可以微米表達(dá)。由于實(shí)際測(cè)得的數(shù)值是該涂料中最大的固體顆粒的尺寸大小，表示的是其粗粒子存在的程度，并且這些粗粒子并不是單個(gè)的顏料或體積顏料粒子的大小，而是顏料經(jīng)研磨后聚集體的大小。很顯然，粗顆粒越小，其油分散性就越好，顏料油分散性和粗顆粒大小之間的關(guān)系見圖1［1］。因此，提高油分散性的主要途徑就是減少產(chǎn)品中粗顆粒鈦白粉粒子數(shù)量，并降低粗顆粒的密集程度。

圖1 金紅石鈦白粉油分散性標(biāo)識(shí)方法

3 影響因素分析討論

3.1 煅燒燒結(jié)物料的影響

3.1.1 煅燒強(qiáng)度對(duì)雷蒙研磨效果的影響分析

衡量煅燒物料是否燒結(jié)除通過煅燒落窯品外觀、理化指標(biāo)SCX的判斷外，中粉采用雷蒙研磨的研磨能力和研磨效果也可表征煅燒二氧化鈦的燒結(jié)程度。表1為不同SCX值的煅燒產(chǎn)品通過雷蒙研磨后與其粒度分布的對(duì)比分析，雷蒙研磨的篩余物標(biāo)準(zhǔn)為325目篩余物≤0.02%。

表1 不同SCX值煅燒產(chǎn)品雷蒙粉碎后粒度分布情況

隨著SCX值的下降，表明煅燒獲得的落窯品的燒結(jié)程度越嚴(yán)重。從表1可以看出:隨著SCX值的逐漸降低，雷蒙在相同條件下的研磨得到的二氧化鈦的粒度分布效果越來越差，可以證明煅燒強(qiáng)度不同的物料對(duì)中粉效果有直接的影響。這主要是因?yàn)殪褵龔?qiáng)度過高，造成二氧化鈦原級(jí)粒子之間的結(jié)合力增加，產(chǎn)品硬度提高，部分燒結(jié)物料即使在雷蒙較大的機(jī)械力作用下仍不能還原為原級(jí)粒子，因此，大粒子（≥1μm）的體積百分比含量較高。

3.1.2 雷蒙研磨效果對(duì)產(chǎn)品油分散性的影響

為驗(yàn)證雷蒙的研磨效果對(duì)成品鈦白粉油分散性的影響，在煅燒強(qiáng)度、煅燒質(zhì)量及后處理工藝穩(wěn)定期間，試驗(yàn)采取在煅燒粗品進(jìn)入雷蒙機(jī)磨機(jī)前添加一種復(fù)合型有機(jī)處理劑來改善二氧化鈦的表面性質(zhì)提高粉碎效果，再通過檢測(cè)雷蒙研磨后及產(chǎn)品鈦白粉油分散性來分析雷蒙研磨效果對(duì)產(chǎn)品油分散性的影響。

表2 雷蒙磨后產(chǎn)品和成品油分散性對(duì)應(yīng)關(guān)系

從表2可以看出:雷蒙研磨后油分散性及清潔度越好，成品鈦白粉的油分散性也相應(yīng)提高。分析主要原因應(yīng)是物料更易研磨，粗粒子數(shù)量減少，加之之后砂磨及氣粉作用力的疊加，成品油分散性、清潔度更易控制。

3.2 無機(jī)包膜質(zhì)量影響

3.2.1 二氧化鈦漿料粘度對(duì)包膜質(zhì)量的影響

影響無機(jī)包膜質(zhì)量除無機(jī)包膜方案本身外，二氧化鈦漿料分散程度或者是粘度對(duì)無機(jī)包膜質(zhì)量影響較大。通過工業(yè)試驗(yàn)開展降低打漿二氧化鈦漿料粘度的試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)過程中粘度較低的漿料和非試驗(yàn)環(huán)境下粘度較高且波動(dòng)較大的漿料最終形成的產(chǎn)品的油分散性進(jìn)行了對(duì)比。

表3 TiO2漿料粘度和產(chǎn)品油分散之間的關(guān)系

從表3可以看出:漿料粘度的降低有助于產(chǎn)品油分散性的明顯改善。分析主要原因應(yīng)該是:如在形成包膜層前，漿料中二氧化鈦團(tuán)聚比較嚴(yán)重，包膜層則不是包覆在單個(gè)的二氧化鈦粒子表面，而是包覆在團(tuán)聚體上，加之包覆面積的減少，甚至部分形成大顆粒游離態(tài)包膜，在干燥高溫作用下，水合氧化物包膜層脫水變得堅(jiān)硬，氣流粉碎負(fù)荷增大，影響油分散性的提高。

3.2.2 無機(jī)包膜工藝影響

鋯、鋁包膜工藝是目前國內(nèi)傳統(tǒng)的、經(jīng)典的包膜工藝，包膜過程中隨著酸性、堿性包膜劑的加入，PH值隨之變化，造成漿料粘度的升高。試驗(yàn)采用了鋯包膜不同PH值條件下的研究對(duì)產(chǎn)品油分散性的影響。

圖2 兩種包膜工藝條件產(chǎn)品掃描電鏡對(duì)比

表4 無機(jī)包膜試驗(yàn)前后SEM檢測(cè)氧化鋁包覆均勻度對(duì)比（%）

從圖2及表4可以看出，包膜PH值條件不同，包膜的均勻度也有變化，雖對(duì)產(chǎn)品的油分散性的改善不是很明顯，但是產(chǎn)品的清潔度有改善，也可衡量其對(duì)產(chǎn)品油分散性的促進(jìn)作用。在堿性條件下，鋁趨向于以假勃姆石形式沉淀；在酸性條件下，鋁趨向于以無定形的形式存在［2］，包膜工藝最好要求以勃姆石或假勃姆石型水合氧化鋁形態(tài)沉淀，因?yàn)樗鼈兂山z狀或者帶狀結(jié)構(gòu)，有利于二氧化鈦粒子分散所致［3］。

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。

表5 幾種有機(jī)表面處理工藝配方試驗(yàn)結(jié)果

由表5可以看出，類型優(yōu)化后的有機(jī)包膜劑a更有利于產(chǎn)品油分散性的提高，也可降低干燥前漿料濃度。它是一種烷烴硅烷預(yù)聚物，其端基的烷氧基在 水解后形成羥基，羥基與鈦白粉表面的羥基通過氫鍵吸附，降低鈦白粉表面的極性，而烷烴鏈在鈦白粉顆粒間形成位阻官能團(tuán)，進(jìn)一步阻止顆粒相互靠近，從而可以顯著降低鈦白漿料的粘度，解決噴霧干燥前的流動(dòng)性問題。烷烴鏈可以屏蔽鈦白粉表面的極性，提高油分散性。

4 結(jié)論

（1）煅燒物料燒結(jié)、二氧化鈦漿料粘度偏大、無機(jī)包膜工藝PH值成膜條件以及干燥前和有機(jī)表面處理劑的類型是影響二氧化鈦油分散性的關(guān)鍵。

（2）雷蒙中粉后二氧化鈦粒度分布≥1μm的粒子的體積百分比應(yīng)越低越好；相同濃度下，二氧化鈦漿料粘度越低越有利于無機(jī)包膜質(zhì)量及產(chǎn)品油分散性的提高；堿性條件下更有利于無機(jī)包膜中水合三氧化二鋁的沉淀；結(jié)合產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域，合理選擇干燥前的有機(jī)表面處理劑的類型也是提高產(chǎn)品油分散性的手段之一。

［1］張益都.硫酸法鈦白生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010.4.

［2］康春雷，李春忠，王志庭，等.金紅石鈦白粉表面包覆氧化鋁的形態(tài)及機(jī)理［J］.華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，27（6）:631－634.

［3］李坤，劉恒，張萍，等.金紅石型二氧化鈦的無機(jī)有機(jī)研究［J］.無機(jī)鹽工業(yè)，2008，40（2）:33－35.