PYD—01分散劑在二氧化鈦粗品分散體系中的應(yīng)用研究

熊明錫

摘 要：開展PYD-01替代硅酸鈉、單異丙醇胺等分散劑的研究，進(jìn)行PYD-01分散劑不同配比的工業(yè)試驗(yàn)，論證PYD-01分散劑在二氧化鈦粗品分顏料散體系中的最佳加入量以及PYD-01對廢水中氨氮含量影響。以確保二氧化鈦的分散體系高含量、低黏度的穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到較佳的分散效果。

關(guān)鍵詞：二氧化鈦；分散劑；分散效果

引言

二氧化鈦是一種重要的化工原料，是目前工業(yè)領(lǐng)域中最好的白色顏料。廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、油墨和造紙等工業(yè)領(lǐng)域[1]。

在硫酸法金紅石鈦白粉生產(chǎn)雷蒙制漿過程中，常用的分散劑通常用六偏磷酸鈉、單異丙醇胺和氫氧化鈉等單配或復(fù)配而成[3]。其加入量為3‰，料漿濃度為500～550g/L，黏度為350～450cP。在此基礎(chǔ)上提高料漿濃度，則黏度迅速增大影響漿料的分散，進(jìn)而影響包膜質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，通過工業(yè)試驗(yàn)論證二氧化鈦粗品的分散體系高固含量、低黏度的穩(wěn)定運(yùn)行，確定PYD-01分散劑在二氧化鈦粗品分散體系中的最佳加入量。對提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量、減少廢水中氨氮含量，降低生產(chǎn)運(yùn)行成本都具有重要的意義。

1 工業(yè)試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原理及目的

二氧化鈦顏料分散穩(wěn)定的機(jī)理是DLVO理論。DLVO理論的基礎(chǔ)是顏料膠體粒子帶電，形成雙電層，由于電荷斥力，構(gòu)成了分散體系的穩(wěn)定性[2]。PYD-01是一種中等模量的陰離子鈉鹽共聚物。與帶陽離子的二氧化鈦粒子相互吸引（二氧化鈦粒子由于吸引被斥開），使體系處于分散的穩(wěn)定狀態(tài)。PYD-01作為分散劑用于高固含量、低黏度的鈦白分散體系并保持體系的穩(wěn)定，有利于后續(xù)的砂磨分散和表面處理工序運(yùn)行。同時(shí)，PYD-01本身不含氨氮，替代單異丙醇胺作為分散劑，可以降低廢水中的氨氮含量，更有利于環(huán)保工作。

1.2 檢測設(shè)備

pH計(jì)（型號：DELTA320，梅特勒-托利多）；黏度計(jì)（型號：Ku-2，美國博力飛）；在線氨氮分析儀（型號：RENQI，昆侖測控）；天平及量筒等器具。

1.3 試驗(yàn)

1.3.1 PYD-01分散劑配制

（1）開啟除鹽水閥門向分散劑配制罐（體積1000L）加入一定量的除鹽水，待淹沒槳葉時(shí)啟動(dòng)攪拌器；（2）打開配制罐上的蒸汽閥將水加熱到70℃后關(guān)閉蒸汽閥；（3）由加料漏斗加入50kg六偏硫酸鈉，攪拌30min，再經(jīng)加料斗加入50kg PYD-01，攪拌30min，最后由加料斗加入5kg氫氧化鈉，再加入除鹽水使溶液體積為750L，攪拌60min；（4）PYD-01配制和使用環(huán)境溫度高于10℃。該產(chǎn)品在極端溫度條件下被凍結(jié)，在使用前加熱到40℃并充分?jǐn)嚢琛?/p>

1.3.2 試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)采用同一批次TiO2粗品作為基料，用除鹽水進(jìn)行打漿，批次操作，在每批打體積固定為4～6m3，制漿濃度590～650g/L的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整分散劑的加入量，比較漿料的濃度、pH值、黏度和廢水中的氨氮含量，并核算其運(yùn)行成本，最終確定PYD-01分散劑在二氧化鈦粗品分散體系中的最佳加入量。

1.3.3 試驗(yàn)過程

（1）向打漿罐內(nèi)加入除鹽水2m3，并按3‰（或2‰、2.8‰）比例加入PYD-01分散劑；（2）啟動(dòng)攪拌，攪拌10min；（3）打開5#螺旋輸送機(jī)的插板閥，啟動(dòng)螺旋輸送機(jī)使其正轉(zhuǎn)，同時(shí)關(guān)閉螺旋輸送機(jī)到包裝機(jī)的插板閥，將TiO2粗品（約2.4t）均勻加入打漿罐內(nèi)后關(guān)閉螺旋輸送機(jī)和插板閥；（4）打開除鹽水閥加入除鹽水（約1.2m3），攪拌60min，檢測記錄漿料濃度、pH值、粘度和氨氮排放量；（5）打開放料閥向漿料儲罐放料。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

在相同工藝條件下，分三個(gè)階段進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，每個(gè)階段打漿10批次，第一階段分散劑加入量為3‰（108L），第二階段分散劑加入量為2‰（72L），第三階段分散劑加入量為2.8‰（101L），其試驗(yàn)結(jié)果如下：

分散體系的濃度：第一階段，濃度范圍：560～660g/L，波動(dòng)幅度大；第二階段，濃度范圍：570～635g/L；第三階段，濃度在600～645g/L范圍內(nèi)波動(dòng)，與試驗(yàn)濃度控制指標(biāo)590～650g/L接近。

分散體系的黏度：第一階段，分散體系黏度范圍：200～650cP，波動(dòng)幅度大，漿料黏稠，有顆粒狀物；第二階段，分散體系黏度范圍：170～340cP，波動(dòng)較大，漿料無黏稠狀，分散較好；第三階段，分散體系黏度范圍：270～330cP，波動(dòng)較小，漿料無黏稠狀，分散效果好。第二階段和第三階段分散體系黏度基本滿足試驗(yàn)控制指標(biāo)≤360cP 的要求。

分散體系的pH值：第一階段，分散體系pH值范圍：9.8～11.3；第二階段，分散體系PH值范圍：9.5～10.4，其中PH值<10占70%，PH值偏低；第三階段，分散體系pH值范圍：9.8～10.7，其中pH值>10占60%，基本滿足試驗(yàn)控制指標(biāo)9.7～10.8要求。

2.1 環(huán)保指標(biāo)分析

PYD-01分散劑本身不含氨氮。試驗(yàn)之前采用單異丙醇胺作為分散劑時(shí)，根據(jù)氨氮在線監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示最大值為10.6mg/L，平均值為5.22mg/L。采用PYD-01替代單異丙醇胺作為分散劑時(shí)，氨氮在線監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示最大值為5.6mg/L，平均值為2.06mg/L。由此可以看出，使用PYD-01可以有效降低排放廢水中的氨氮含量，更有利于環(huán)保工作。

2.2 經(jīng)濟(jì)成本分析

根據(jù)以上工業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，PYD-01加入量為2.8‰時(shí)，打漿濃度在控制范圍（590～650g/L）之內(nèi)，黏度<360cP且波動(dòng)較小，漿料無黏稠狀，分散效果好，pH值也在控制范圍（9.7～10.8）之內(nèi)。按照此種方案，每噸TiO2分散劑PYD-01用量1.18Kg，成本約為19.74元。而采用單異丙醇胺時(shí)，每噸TiO2分散劑用量1.15Kg，成本約為37.84元。由此可見，采用PYD-01替代單異丙醇胺作為分散劑，其生產(chǎn)運(yùn)行成本更低。

3 結(jié)束語

（1）PYD-01加入量為2.8‰為宜，打漿濃度在600～645g/L范圍內(nèi)波動(dòng)，黏度270～330cP，pH值在9.8～10.7，波動(dòng)較小，漿料無黏稠狀，分散情況較好。

（2）采用PYD-01替代單異丙醇胺作為分散劑，生產(chǎn)運(yùn)行成本更低，且廢水中氨氮含量排放減少，更有利于環(huán)保。

參考文獻(xiàn)

[1]楊成.鈦白后處理中TiO2漿料分散性優(yōu)化試驗(yàn)研究[J].鈦工業(yè)進(jìn)展，25（4）：42-44.

[2]周俊.淺析單異丙醇胺在雷蒙打漿工序中的應(yīng)用研究[A].2010年鈦白年會(huì)·論文集，2010.

[3]陳朝華，劉長河.鈦白粉生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)[J].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.