鈦白粉生產中粗品對漿料粘度影響的研究

燕鴻鵬

（攀鋼集團重慶鈦業有限公司，重慶 400055）

1 引言

金紅石型鈦白粉具有較高的消色力、良好的化學穩定性及較好的耐候性，可廣泛應用在涂料、塑料、造紙等行業［1］。隨著世界經濟的發展和人類科技的進步，人們對鈦白粉的認識將越來越深，鈦白粉的應用領域將越來越廣，鈦白粉的市場需求也越來越大，它有著極其寬廣的發展和應用前景。在硫酸法生產金紅石型鈦白粉的過程中，在無機包膜之前，經轉窯煅燒后的粗品顆粒經雷蒙或者輥壓磨研磨后進行打漿，打漿后漿料進入砂磨機研磨，經砂磨機研磨后的漿料進入表面處理前貯罐等待包膜。打漿是個比較重要的工序，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非常重要的指標。控制好漿料粘度會對后處理過程，尤其是后續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導致部分細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，從而影響產品的應用性能。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具有重要的實踐意義。

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、攪拌時間［2］以及二氧化鈦表面電荷、表面自由能、表面吸附［3］等等。前六項影響因素稱為外部因素，其可控的范圍在生產實踐中已有過驗證［2］。比如，漿液pH值通常控制在8.5–11.0，此時，打漿過程中漿料不會出現絮凝現象。與漿料pH值密切相關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，打漿時要根據實際情況適當添加分散劑用量。近幾年，我公司也在分散劑配方和用量等方面做過相應的研究［4］，摸索出了適應本公司鈦白粉生產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（pH值、電荷、表面能）以及微量元素含量等組分構成也會對打漿分散后漿料粘度產生影響。其中物料pH值是衡量煅燒過程控制程度的一項重要指標［4］。物料的燒結程度（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部因素都有可能會對分散打漿造成影響。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。通過打漿實驗，考察了粗品粉料幾個內部因素對漿料粘度的影響，找尋其規律并在生產中適當作出調整，將這些參數控制在更加合理的范圍內，雷蒙打漿時保證漿料粘度保持在較低的范圍內。

2 實驗部分

2.1 原料、儀器和試劑

現場定點定時取樣（雷蒙螺旋口出料）、蒸餾水、分散劑（工業試劑、現場取樣）。

PW2400熒光分析儀（Philips）、PW1800 X－射線衍射儀（Philips）、電子天平、梅特勒－托利多DELTA 320pH計、博勒飛RUT粘度計、JJ－1增力電動攪拌器。

2.2 實驗方法和過程

為盡量減少外部因素的影響、便于對照，我們控制漿料密度、分散劑加量、攪拌轉速、攪拌時間、脫鹽水的pH值以及水溫等條件保持一致，開展了對照打漿實驗。實驗前，測定了物料的相關參數。

稱取2g待測試樣，放入50ml的燒杯中。再量取20ml的蒸餾水，倒入裝有試樣的燒杯中，攪勻后靜置5min，然后將pH計的電極插入試樣中，pH計的穩定顯示讀數即為pH值。同時，也分別測定了粗品中磷、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，用脫鹽水調節漿料密度至600g／L，攪拌30min，打漿結束后測定漿料粘度。

3 實驗結果和討論

3.1 二氧化鈦粗品pH值對打漿后漿料粘度的影響

圖1 粗品物料pH值對分散打漿后漿料粘度的影響

從圖1可以看出，粗品pH值對打漿效果影響很大。依據粗品料本身pH值的不同，打漿后漿料粘度大致分布在以pH值在7.0附近的兩個區域內。扣除特殊點，pH值低于7.0時，漿料粘度普遍低于1000cp（多數低于800cp），在此，我們稱之為低粘度區；反之，漿料粘度大于1000cp的紅色標注區，稱為高粘度區。隨二氧化鈦粗品本身pH值增大，漿料粘度整體呈現出升高的變化過程。這是因為二氧化鈦顆粒表面帶有一定量的電荷，而且pH值會直接影響顆粒表面的帶電情況。在低pH值區，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6.0－7.0之間。

3.2 二氧化鈦粗品中微量元素對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打漿后漿料粘度的影響，實驗結果分別如圖2至圖5所示。

圖2 磷元素（以P2O5計）對打漿后漿料粘度的影響

圖3 硫元素含量對打漿后漿料粘度的影響

從圖2可以看出，磷元素在樣品中百分含量大小對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方面作用:一是它有利于提高產品的白度，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產生棕紅色的氧化鐵，改善產品的白度。二是它是阻止銳鈦型向金紅石型轉化的抑制劑。當然磷元素加入量過大會增大體系粘度［6］。從圖中看出，粘度分布集中在兩大區域，左側框內是低粘度區，粘度通常較低；右側框內屬于高粘度區。磷百分含量（以P2O5計）以0.0525%為分界點，當它低于該數值，漿料粘度比較低，通常在700cp內，反之高粘度比較集中，通常會超過1000cp。這一分界點與生產電焊條級鈦白粉時對磷含量的加量要求比較接近，因為過高的含磷量會對焊縫產生冷脆性等不利影響［7］。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0.0525%以內。

硫元素百分含量對打漿的影響也是有規律可循的。從圖3可以看出，特殊點除外，當粗品燒結比較嚴重時，即硫含量較低時，打漿后漿料的粘度比較高一些，這與pH值對粘度影響較符合，因為硫元素含量低pH值較高，此時，硫元素百分含量通常在0.022%以內，當其高于這一值后，打漿后漿料粘度將處在低粘度區。

圖4 K元素（以K2O計）對分散打漿后漿料粘度的影響

跟磷元素類似，鉀組分主要也是偏鈦酸在進行煅燒前作為鹽處理劑引入的。鉀鹽作為結構和顏色的調整控制劑，有助于粒子的成型，防止燒結，降低煅燒溫度，提高脫硫速度，同時抑制粒子生長速率和向金紅石轉化，能夠顯著提高產品白度和消色力。如圖4所示，鉀元素對粉料的打漿分散效果影響十分明顯。當其百分含量不超過0.25%時，分散打漿后漿料粘度處在低粘度范圍內，漿料粘度值通常不會超過1000cp；而超過0.26%時，漿料粘度則會在1000cp以上。所以，為了優化分散打漿，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劑，可加速晶型轉化、提高轉化率，降低達到最高轉化率的溫度，提高產品的耐候性。但鋅加量偏高會導致轉化速率加快，導致煅燒強度不夠而造成消色力偏低，會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出較明顯的變化。

圖5 Zn元素（以ZnO計）對打漿后漿料粘度的影響

3.3 粗品中金紅石含量對漿料粘度的影響

圖6 金紅石含量（R%）對打漿后漿料粘度的影響

作為生產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極其重要標準，其含量通常會控制在一定范圍內，對于生產通用性金紅石型二氧化鈦，該值通常不會低于98%。從圖6可以看出，金紅石含量高低對打漿后漿料粘度的影響不大。

4 結論

硫酸法金紅石型二氧化鈦粗料品質對分散打漿后漿料粘度的影響因素比較復雜，漿料粘度受多個因素共同影響。其中物料pH值，磷、硫、鉀等微量元素對打漿分散影響效果明顯。將pH值控制在6.0－7.0，磷、鉀等微量元素的百分含量分別不超過0.0525%和0.26%，硫元素百分含量控制在0.022%以上，是比較合理的范圍，在該范圍內打漿后漿料的粘度較低。粗品中鋅元素以及金紅石含量對漿料粘度的影響不明顯，沒有出現規律性的變化。

［1］鄧婕，吳立峰.鈦白粉應用手冊（修訂版）［M］.北京:化學工業出版社，2005.

［2］陳朝華.鈦白粉生產技術回答［M］.北京:化學工業出版社，1998.

［3］唐振寧.鈦白粉的生產與環境治理［M］.北京:化學工業出版社，2001.

［4］牟廷貴.硫酸法金紅石型二氧化鈦粗品pH值對產品質量的影響［J］.全國鈦白行業年會2007年論文集.

［5］周俊.淺析異丙醇胺在雷蒙打漿分散中的應用研究［J］.鈦白，2009，28（12）:32－35

［6］張益都.硫酸法鈦白粉生產技術創新［M］.北京:化學工業出版社，2010.

［7］銳鈦型鈦白粉鹽處理時加入磷酸的作用［J］.鈦白，2009，28（4）:35－36.