鈦白粉無機包膜優化研究

2014-05-07 04:49:42王玥

四川冶金 2014年2期

王玥

（攀鋼集團重慶鈦業有限公司，重慶 400055）

1 引言

鈦白粉是一種技術密集型的精細化工產品，在造紙、塑料、橡膠、涂料及復合材料等行業發揮著巨大的作用，發達國家的許多大型企業十分重視研究開發這種亞微米級的高附加值、高功能的精細無機材料，并長期壟斷了高檔鈦白的生產技術和國際市場。與國外先進的鈦白生產企業相比，我國鈦白行業的特點是分布廣、規模小、技術落后，缺乏競爭力。中國企業前幾年并不重視產品的市場開發和細分工作，對產品功能性和應用性能改善顯著的后處理即鈦白粉表面無機包膜工藝的研究很不透徹。隨著下游客戶對產品質量需求的進一步提高，近幾年，已有部分企業在這方面開始有所投入，開始開展此方面工作，但由于對表面處理包膜機理的研究不夠和國外企業對此方面的技術封鎖，都進展緩慢。

2 表面處理的目的及本文研究內容

2.1 表面處理目的

TiO2顏料的折光指數在白色顏料中是最高的。在適宜的粒度和粒度分布下，對光有優良的散射能力，所以著色力高，遮蓋力大。但是，世界上任何事物都是一分為二的，TiO2也有若干與生俱來的明顯缺陷，其中最突出的是它的光化學活性，即在光照射下會發生復雜的化學過程并促使周圍的介質破壞，造成涂膜粉化、失光、耐候性降低。再則，這種本質上親水憎油的顏料，若不經后處理，在各種水性和非水性介質中分散均不好。工藝的改進可使上述缺陷的表現程度有所降低，但無法完全排除。因此，無論理論還是實踐，均公認必需對產品進行后處理，主要是表面處理。通過無機表面處理主要提高其耐候性、分散性、亮度和化學穩定性，通過有機表面處理主要解決其在不同介質中的分散問題，提高其應用性能。TiO2的表面處理對于品種的發展有著重大意義，是新產品開發的主要手段。雖然通過對硫酸法的水解和煅燒及氯化法氣相氧化工藝的調節，會按照預先的需要制造出金紅石型和銳鈦型產品，以及獲得不同粒度與粒度分布的同一晶型產品，但絕大多數品種的產品則是用相同的半成品進行不同的表面處理而制造的。

2.2 本文研究內容

在漿料PH值、無機包膜劑不變和無機包膜加料順序不變等實驗條件相同的情況下，改變硫酸鋯、硫酸鋁、加料速度等的不同，對產品分散性，產品亮度的影響，確定最優包膜方案。并在工業試驗中驗證了試驗的可行性。

3 無機包膜實驗

3.1 實驗設備和原料

實驗設備:實驗室氣流粉碎機、包膜處理罐、烘箱、瑪瑙研磨儀、水環真空泵、布氏漏斗。

實驗原料:二氧化鈦漿料、無機包膜劑、分散劑、無機處理劑。

3.2 實驗原理

為了提高TiO2的耐候性和化學穩定性，改善TiO2在不同介質中的分散性，通常要對TiO2進行表面處理。無機表面處理就是在TiO2粒子表面形成一層均勻的無色或白色無機氧化物膜，以堵塞TiO2的光活化點，提高耐候性。有機處理是在TiO2表面包膜一層有機氧化物膜或表面活性劑，使TiO2粒子保持分散狀態并可以在有機介質中更好地相容均勻地分散。對TiO2進行表面處理，一般先進行無機表面處理，后進行有機表面處理。無機表面處理的材料一般用SiO2（二氧化硅）、Al2O3（氧化鋁）、ZrO（氧化鋯）、ZnO（氧化鋅）。

SiO2普遍存在于自然界中，純凈的SiO2為無色透明的晶體，稱為“石英”，為光學儀器的重要材料，是花崗巖、片麻巖、石英巖、砂巖等巖石的重要成份。SiO2不溶于水和酸，可溶于堿，用于制造化學器皿、玻璃及耐火材料等。

Al2O3（為白色粉末，不溶于水，有不同的晶型）。其中γ－Al2O3。溶于酸或堿，是典型的兩性氧化物，冶煉金屬鋁的主要原料，也可用作吸附劑。α－A12O3一般不被化學藥品腐蝕，在自然界中以剛玉的形式存在。剛玉硬度僅次于金剛石，可制鉆頭、砂輪、銼刀及軸承等。A12O3也是重要的耐火材料和填料。

用硫酸法生產的金紅石型TiO2一般要進行氧化鋁、氧化硅、氧化鋯處理，耐磨性特強，光澤度高且著色力好，有較高的遮蓋力及極佳的室外耐候性的產品一般其含量依次為2%－5%，1%－2%、0.3%－1%。單純采用Al2O3表面處理的TiO2有較好的分散性，但耐候性不足。用SiO2致密包覆在Al2O3處理后的表面上，耐候性可大大提高，但TiO2含量降低，著色強度會有一定下降。

無機包膜劑的選擇以及添加工藝:（1）無機包膜劑的選擇。用于金紅石鈦白的無機包膜劑很多，主要包括鈦、锫、鋅、錳等可溶性化合物，最常用的無機包膜劑是硅、鋁的可溶性化合物。選擇何種包膜劑要根據產品的具體應用體系而定，如選擇鋯化合物包膜可以提高鈦白粉的耐候性；（2）無機包膜參數及控制技術。無機包膜過程的技術參數主要有包膜劑配制濃度、物料注入速度、包膜體系溫度、體系pH值；無機包膜過程的控制技術包括包膜體系溫度的控制、體系pH值的在線檢測、物料注人速度和方式的控制。無機包膜參數及控制技術與無機包膜效果直接相關，良好的無機包膜應該是包膜物質對鈦白粒子表面的均勻覆蓋；（3）根據金紅石鈦白粉品種的專用性，設計無機包膜方案。金紅石鈦白的無機包膜是多層次的復合包覆.對包膜劑的種類、包覆量、包覆順序、包覆狀態等因素的不同選擇和組合可以得到不同的金紅石鈦白品種，金紅石鈦白的無機包膜方案需根據金紅石鈦白品種的專用性質要求來確定。