影響鈦白粉生產(chǎn)濕磨粒徑的因素分析

＊周 華

（南京鈦白化工有限責任公司 江蘇 210000）

鈦白粉是目前世界上用量最大，性能最好的白色顏料，被廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、油墨和造紙等領(lǐng)域。在鈦白粉的生產(chǎn)中，無論硫酸法還是氯化法獲得的初品一般不能直接作為顏料使用，通常要進行后處理，以此來改善鈦白粉的某些性能，如耐候性、亮度、白度及在不同溶劑中的潤濕性和分散性等。后處理主要包括粉碎工藝和包膜工藝，粉碎是基礎(chǔ)，包膜工藝是核心。只有經(jīng)過粉碎濕磨后，才能使得鈦白處于合適的粒徑分布，一定粒徑分布的鈦白初品才能進行更好的包膜處理并體現(xiàn)良好的顏料性能和光學性能[1]。濕磨分級工藝控制是鈦白粉生產(chǎn)的關(guān)鍵，對后續(xù)產(chǎn)品質(zhì)量有相當重大的影響。

本文通過系統(tǒng)的生產(chǎn)實踐，主要從濕磨分級工藝流程、分散劑選用利弊、分散劑加量控制和研磨介質(zhì)等幾個方面的因素分析了影響鈦白粉生產(chǎn)濕磨粒徑分布。

1.濕磨分級工藝流程

同樣的產(chǎn)能，所有工藝條件相同的情況下，選擇不同的粉碎工藝流程，得到的漿料粒徑分布不同。

工藝流程1是選擇了干法粉碎設(shè)備雷蒙磨，煅燒后顆粒料經(jīng)雷蒙磨粉碎后得到325目（45um）篩余小于0.5%粒徑分布均勻的粉料，粉料經(jīng)潤濕打漿后進入砂磨機繼續(xù)研磨。研磨后漿料粒徑分布如圖1。

圖1 工藝流程1

工藝流程2是煅燒后顆粒料經(jīng)輥壓磨壓成薄片后，經(jīng)潤濕高速打漿，再經(jīng)過球磨機、兩級砂磨繼續(xù)研磨。研磨后漿料粒徑分布如圖2。

圖2 工藝流程2

圖1二氧化鈦粒徑分布為D10為0.206um，D50為0.411um，D90為0.884um，D99為2.015um；圖2二氧化鈦D10為0.210um，D50為0.358um，D90為0.596um，D99為0.836um。從圖3和圖4可以看出，煅燒后顆粒料經(jīng)工藝流程2研磨分級后粒徑分布更均勻，D50更小。

圖3 研磨后漿料粒徑分布

圖4 研磨后漿料粒徑分布

2.分散劑選用

濕磨研磨過程中，選用不同的分散劑，其分散效果不同。分散劑對降低高濃度二氧化鈦漿料體系黏度有非常顯著的作用，因潤濕分散后的漿料要進行球磨、砂磨，要提高研磨效率，必須提高進研磨設(shè)備的漿料濃度，所以潤濕分散劑的選擇非常重要[2]。目前鈦白粉企業(yè)大多選用硅酸鈉、六偏磷酸鈉、聚羧酸鈉鹽，單異丙醇胺作為分散劑，選用其他類的分散劑很少。

生產(chǎn)實踐發(fā)現(xiàn)單異丙醇胺的分散效果最佳，漿料中添加單異丙醇胺分散劑1‰，漿料濃度可提高到1000g/L左右，同等條件下，在漿料中加其他分散劑，其他漿料濃度最大可提高到800g/L，但使用單異丙醇分散劑后，生產(chǎn)線設(shè)備腐蝕嚴重，同時導(dǎo)致外排水氨氮、COD指標升高。六偏磷酸鈉分散效果較好，但后續(xù)表面處理包膜時有部分磷被包覆在二氧化鈦表面，影響了客戶的使用。硅酸鈉分散劑分散效果沒有單異丙醇胺、六偏磷酸鈉效果好，但其對生產(chǎn)設(shè)備、外排水和后續(xù)產(chǎn)品質(zhì)量沒有影響。同樣聚羧酸鈉鹽分散劑分散效果好，對后續(xù)生產(chǎn)、設(shè)備環(huán)境和產(chǎn)品質(zhì)量沒有影響。因此，建議使用硅酸鈉或聚羧酸鈉鹽作為分散劑。

3.分散劑加量控制

綜合考慮分散劑對生產(chǎn)設(shè)備的投資，產(chǎn)品質(zhì)量和安全環(huán)保等方面的影響，不考慮使用單異丙醇胺和六偏磷酸鈉分散劑，本文只對比分析硅酸鈉、聚羧酸鈉鹽兩種分散劑加量對研磨效能的影響。選用工藝流程2，同品質(zhì)的煅燒后顆粒料、同樣的研磨條件，分析不同分散劑加量對漿料粘度和漿料粒徑的影響。

圖6 聚羧酸鈉鹽加量與漿料黏度關(guān)系

固定其他可變因素，控制漿料濃度700g/L，pH10-10.5的條件下，分散劑加量變化，物料黏度有變化，從圖5可以看出硅酸鈉分散劑加量控制0.25%左右時，漿料黏度最低，從圖4可以看出聚羧酸鈉鹽分散劑加量控制在0.8‰-0.9‰時，漿料黏度最低。

圖5 硅酸鈉加量與漿料黏度關(guān)系

對應(yīng)黏度最低時硅酸鈉和聚羧酸鈉鹽的最佳分散劑加量，其濕磨后漿料粒徑分布如下：

從圖7、圖8可知：研磨條件一定的情況下，選用不同分散劑，濕磨后漿料粒徑的分布不同，且從粒徑分布圖來看，選用聚羧酸鹽作為分散劑后，其漿料粒徑分布更加均勻集中。

圖7 分散劑硅酸鈉漿料粒徑分布

圖8 分散劑聚羧酸鈉鹽漿料粒徑分布

4.研磨介質(zhì)的影響

研磨介質(zhì)的大小直接影響研磨效率和產(chǎn)品的研磨效果。研磨介質(zhì)的直徑越大，產(chǎn)品的粒徑就越大，產(chǎn)量越高；反之，介質(zhì)粒徑越小，產(chǎn)品的粒徑越小，產(chǎn)量越低[2]。因此研磨介質(zhì)的大小和配比比例的確定直接影響研磨后漿料粒徑和產(chǎn)能。

研磨介質(zhì)粒徑必須大于10倍的給料粒度[2]，濕磨分級系統(tǒng)中兩種研磨介質(zhì)，即球磨機研磨介質(zhì)高鋁球，砂磨機研磨介質(zhì)氧化鋯珠。根據(jù)設(shè)備的運行參數(shù)、研磨介質(zhì)的空隙率、漿料狀態(tài)等條件，球磨機正常選用直徑13mm、10mm和8mm規(guī)格的高鋁珠，并按照3:2:1比例加入研磨介質(zhì)，其研磨效果最好，漿料經(jīng)325目篩余可全通過。兩級砂磨機，一級砂磨機選用0.4-0.6mm氧化鋯珠，二級砂磨機選用0.6-0.8mm氧化鋯珠研磨效果最佳，當然各企業(yè)產(chǎn)能不同，研磨設(shè)備大小不同，濕磨分級系統(tǒng)配備的研磨介質(zhì)大小和比例則不同。

5.結(jié)論

綜上所述：（1）在產(chǎn)能一定、同品質(zhì)煅燒顆粒料、控制同樣漿料濃度和pH的條件下，濕磨分級工藝流程2比工藝路程1研磨效果更好，粒徑分布更加均勻集中；（2）四種分散劑硅酸鈉、六偏磷酸鈉、單異丙醇胺和聚羧酸鈉鹽，生產(chǎn)中綜合考慮環(huán)保、設(shè)備投資和產(chǎn)品質(zhì)量等因素，聚羧酸鈉鹽對漿料分散效果最好，使用后漿料粒徑分布最均勻集中；（3）球磨機、砂磨機的研磨介質(zhì)的大小及比例的確定，對漿料粒徑影響較大，生產(chǎn)中可根據(jù)不同設(shè)備條件及工藝路線優(yōu)化確定最佳比例。