Al鹽對鈦白粉窯下物形貌和顏料性能的影響

楊青(四川化工高級技工學校，四川成都611130)

Al鹽對鈦白粉窯下物形貌和顏料性能的影響

楊青(四川化工高級技工學校，四川成都611130)

本文綜述文獻對于金紅石晶體生長的研究，從幾何角度講述了金紅石形貌與各個晶面生長速度的關系，并通過試驗說明了Al鹽對金紅石形貌以及窯下物顏料性能的影響。試驗表明：在Al鹽加量0.00%，0.13%，0.23%，0.33%加量情況下，Al鹽加量在0.13%時能使窯下物粒子具有較好的長徑比和合適的粒度，并具有優異的顏料性能。

鈦白粉;Al鹽處理劑;粒子成長;顏料性能

1 煅燒過程中TiO2成長機理

從晶體生長習性的理論模型：BFDH和PBC可以成功的解釋金紅石晶體的生長，其主要內容包括：①晶體中含八面體基元頂點最多的晶面的生長速度最快；②晶體中含八面體基元棱最多的晶面的生長速度次之；③晶體中含八面體基元面最多的晶面的生長速度最慢；④晶體中含八面體基元原子最多的晶面的生長速度最快。

晶體在生長過程中，由于各個晶面生長速度不一致，從而使得顆粒形貌千差萬別，當顆粒較小時各晶面間的生長量差異還沒有形成明顯差別，顆粒目視形貌為近球形，隨著晶體繼續生長，各晶面間生長量差異明顯增大，顆粒長徑比加大。Al鹽對于窯下物形貌的影響文獻中多認為在自生晶種工藝中Al鹽會增加顆粒長徑比，隨著Al鹽用量增加，窯下物中長棒狀顆粒明顯增多。

2 實驗方法

2.1 實驗原料及設備

主要實驗原料：偏鈦酸二洗餅、Al鹽處理劑、K鹽處理劑、P鹽處理劑；主要設備：101-3型電熱鼓風干燥箱、TM-3014P陶瓷纖維馬弗爐、DX33擂潰機、JEOL JSM-6390A掃描電鏡、PANa?lytical X’Pert PRO X射線衍射儀、PANalytical AXios MAX X射線熒光儀、PM240-2平磨儀、CM—3500d差式色度儀

2.2 鈦白粉窯下物制備工藝

鈦白粉窯下物制備工藝如圖1所示，取鈦白粉廠合格偏鈦酸二洗餅加水打漿，攪拌均勻后順序加入K鹽處理劑，P鹽處理劑，Al鹽處理劑，攪勻后放入恒溫干燥箱烘干，將干燥好的物料粗粉碎后放入馬弗爐中，調節適當的煅燒溫度，保證物料具有合格轉化率，制備好的窯下物經擂潰機采用10g/20min方式研磨后進行掃描電鏡分析與顏料性能測試。

圖1 鈦白粉窯下物制備工藝

3 實驗結果與分析

3.1 不同Al鹽加量對窯下物粒子形貌影響

二洗餅加水打漿后進行鹽處理，Al鹽處理劑加量以Al2O3/TiO2計算，在其它鹽處理劑加量不變的情況下各組Al鹽加量按照表1添加，鹽處理料經烘干，粗粉碎，煅燒達到合格轉化率后，研磨進行SEM掃描，采用放大3萬倍進行掃描成像，可得到清晰的窯下物粒子形貌，如圖2。通過Smile View軟件對SEM圖片計算各組窯下物粒子平均長徑比，數據如表1。

表1 Al鹽處理劑加量

圖2 Al鹽加量0.00%，0.13%，0.23%和0.33%的窯下物SEM圖片

表2 不同Al鹽加量對應窯下物粒子平均長徑比

從圖2可以看出，隨著Al鹽處理劑的增加，顆粒以dV生長時，{111}和{001}生長速度加快，{110}縱向生長相對變慢，因此窯下物粒子形貌由接近球形逐步變成長條形；當Al鹽量降至0.13%時，{100}面出現是{110}生長速度加快，顆粒橫截面變圓的一個標志；從表2和電鏡圖可以看出，隨著Al鹽加量的增加，窯下物中長棒狀顆粒明顯增多，長徑比越大。鹽處理配方中Al鹽強烈吸附[7]于{110}，因此該晶面縱向生長受到抑制，主要為橫向生長；而{111}和{001}生長受影響小，晶面的縱向生長速度相對更快，顆粒變得更加長且方。由此可見，Al鹽會引起金紅石各晶面生長速度差異，適當控制{110}，{001}，{111}和{001}晶面的生長速度可以達到控制顆粒形貌的目的。

3.2 不同Al鹽加量對窯下物顏料性能影響

將不同Al鹽加量物料所得的煅燒窯下物進行亮度，干粉體系，黑漿體系檢測：Al鹽含量的增加，黑漿b值逐漸增大。黑漿b值既能體現鈦白粉的分散性能，同時也是表征鈦白粉粒徑的重要指標。由于Al鹽的加入改變了金紅石各晶面成長速度，使粒子變長，窯下物的黑漿b值相應發生改變。

當Al鹽加量在0.13%時，黑漿Y值達到最大，Al鹽加量為0.23%，0.33%時逐漸變小，結合各Al鹽加量對應的窯下物平均粒度數據，Al鹽加量的增加使窯下物粒徑增大，而可見光波長范圍為0.4-0.7μm，當顏料粒子粒徑為可見光波長一半時，由于光波的特性，可以達到最大的散射效果，消色力也就越好。窯下物SEM電鏡照片可以看出，Al鹽加量0.23%，0.33%時，窯下物粒子粒徑變大，其長徑比也相應增加，粒子外形輪廓并不圓潤光滑，不利于光的散射，較之Al鹽加量0.13%，粒徑為0.27μm，粒子長徑比接近1，光的散射達到最佳效果。黑漿Y值表征窯下物粒子散射力，較小的長徑比值以及適合的粒子粒徑能達到更優的散射力，表4數據表明，Al鹽加量0.13%時，窯下物粒子的散射力為最優。因此，從經濟成本方面考慮，則必須以適當的鹽處理劑加量、煅燒晶種加量相配合，才能得到粒子偏軟，不易燒結且顏料性能高的產品。

4 結語

通過對煅燒過程中金紅石粒子成長機理以及Al鹽對金紅石各晶面生長鹽處理、煅燒實驗研究得到以下結論：①偏鈦酸鹽處理過程中加入Al鹽在煅燒過程中能夠改變金紅石各晶面的生長速度，窯下物粒子形貌由接近球形逐步變成長條形；②Al鹽的加入可以使金紅石粒子在高溫煅燒后變得柔軟不易燒結，在Al鹽加量在0.13%時能使窯下物粒子具有較好的長徑比和合適的粒度，并具有優異的顏料性能。

[1]程賀.納米核殼二氧化鈦的可控制備及儲鋰性能研究[J].無機鹽工業，2016.

[2]李玉芳.納米二氧化鈦的制備及其在環保領域中的應用[J].精細化工原料及中間體，2008.

[3]J.D.H.Donnay,D.Harker,Amer.Mineral.22(1937)446.

[4]Ulrich Gesenhues,Chem.Eng.Technol.24(2001)7,685.

楊青，女，漢，工作于四川化工高級技工學校，成都理工大學化學工程領域工程專業，碩士，高級技師，主要從事化工工藝方向研究。