燕鴻鵬

（攀鋼集團(tuán)重慶鈦業(yè)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(xué)穩(wěn)定性及較好的耐候性，可廣泛應(yīng)用在涂料、塑料、造紙等行業(yè)［1］。隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類科技的進(jìn)步，人們對(duì)鈦白粉的認(rèn)識(shí)將越來越深，鈦白粉的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹碓綇V，鈦白粉的市場(chǎng)需求也越來越大，它有著極其寬廣的發(fā)展和應(yīng)用前景。在硫酸法生產(chǎn)金紅石型鈦白粉的過程中，在無機(jī)包膜之前，經(jīng)轉(zhuǎn)窯煅燒后的粗品顆粒經(jīng)雷蒙或者輥壓磨研磨后進(jìn)行打漿，打漿后漿料進(jìn)入砂磨機(jī)研磨，經(jīng)砂磨機(jī)研磨后的漿料進(jìn)入表面處理前貯罐等待包膜。打漿是個(gè)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(tài)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(gè)非常重要的指標(biāo)。控制好漿料粘度會(huì)對(duì)后處理過程，尤其是后續(xù)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(huì)導(dǎo)致部分細(xì)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(chǎn)品的應(yīng)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(nèi)具有重要的實(shí)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(zhì)、攪拌時(shí)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(xiàng)影響因素稱為外部因素，其可控的范圍在生產(chǎn)實(shí)踐中已有過驗(yàn)證［2］。比如，漿液pH值通常控制在8.5–11.0，此時(shí)，打漿過程中漿料不會(huì)出現(xiàn)絮凝現(xiàn)象。與漿料pH值密切相關(guān)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(shí)要根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)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(yīng)的研究［4］，摸索出了適應(yīng)本公司鈦白粉生產(chǎn)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(tài)（pH值、電荷、表面能）以及微量元素含量等組分構(gòu)成也會(huì)對(duì)打漿分散后漿料粘度產(chǎn)生影響。其中物料pH值是衡量煅燒過程控制程度的一項(xiàng)重要指標(biāo)［4］。物料的燒結(jié)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(nèi)部因素都有可能會(huì)對(duì)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(shí)驗(yàn)，考察了粗品粉料幾個(gè)內(nèi)部因素對(duì)漿料粘度的影響，找尋其規(guī)律并在生產(chǎn)中適當(dāng)作出調(diào)整，將這些參數(shù)控制在更加合理的范圍內(nèi)，雷蒙打漿時(shí)保證漿料粘度保持在較低的范圍內(nèi)。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 原料、儀器和試劑

現(xiàn)場(chǎng)定點(diǎn)定時(shí)取樣（雷蒙螺旋口出料）、蒸餾水、分散劑（工業(yè)試劑、現(xiàn)場(chǎng)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(jì)、博勒飛RUT粘度計(jì)、JJ－1增力電動(dòng)攪拌器。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法和過程

為盡量減少外部因素的影響、便于對(duì)照，我們控制漿料密度、分散劑加量、攪拌轉(zhuǎn)速、攪拌時(shí)間、脫鹽水的pH值以及水溫等條件保持一致，開展了對(duì)照打漿實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前，測(cè)定了物料的相關(guān)參數(shù)。

稱取2g待測(cè)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(jì)的電極插入試樣中，pH計(jì)的穩(wěn)定顯示讀數(shù)即為pH值。同時(shí)，也分別測(cè)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(diào)節(jié)漿料密度至600g／L，攪拌30min，打漿結(jié)束后測(cè)定漿料粘度。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

3.1 二氧化鈦粗品pH值對(duì)打漿后漿料粘度的影響

圖1 粗品物料pH值對(duì)分散打漿后漿料粘度的影響

從圖1可以看出，粗品pH值對(duì)打漿效果影響很大。依據(jù)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(gè)區(qū)域內(nèi)。扣除特殊點(diǎn)，pH值低于7.0時(shí)，漿料粘度普遍低于1000cp（多數(shù)低于800cp），在此，我們稱之為低粘度區(qū)；反之，漿料粘度大于1000cp的紅色標(biāo)注區(qū)，稱為高粘度區(qū)。隨二氧化鈦粗品本身pH值增大，漿料粘度整體呈現(xiàn)出升高的變化過程。這是因?yàn)槎趸侇w粒表面帶有一定量的電荷，而且pH值會(huì)直接影響顆粒表面的帶電情況。在低pH值區(qū)，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(shí)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(duì)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(duì)打漿后漿料粘度的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別如圖2至圖5所示。

圖2 磷元素（以P2O5計(jì)）對(duì)打漿后漿料粘度的影響

圖3 硫元素含量對(duì)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(duì)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(gè)方面作用:一是它有利于提高產(chǎn)品的白度，因?yàn)樗梢耘c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(shí)產(chǎn)生棕紅色的氧化鐵，改善產(chǎn)品的白度。二是它是阻止銳鈦型向金紅石型轉(zhuǎn)化的抑制劑。當(dāng)然磷元素加入量過大會(huì)增大體系粘度［6］。從圖中看出，粘度分布集中在兩大區(qū)域，左側(cè)框內(nèi)是低粘度區(qū)，粘度通常較低；右側(cè)框內(nèi)屬于高粘度區(qū)。磷百分含量（以P2O5計(jì)）以0.0525%為分界點(diǎn)，當(dāng)它低于該數(shù)值，漿料粘度比較低，通常在700cp內(nèi)，反之高粘度比較集中，通常會(huì)超過1000cp。這一分界點(diǎn)與生產(chǎn)電焊條級(jí)鈦白粉時(shí)對(duì)磷含量的加量要求比較接近，因?yàn)檫^高的含磷量會(huì)對(duì)焊縫產(chǎn)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(nèi)。

硫元素百分含量對(duì)打漿的影響也是有規(guī)律可循的。從圖3可以看出，特殊點(diǎn)除外，當(dāng)粗品燒結(jié)比較嚴(yán)重時(shí)，即硫含量較低時(shí)，打漿后漿料的粘度比較高一些，這與pH值對(duì)粘度影響較符合，因?yàn)榱蛟睾康蚿H值較高，此時(shí)，硫元素百分含量通常在0.022%以內(nèi)，當(dāng)其高于這一值后，打漿后漿料粘度將處在低粘度區(qū)。

圖4 K元素（以K2O計(jì)）對(duì)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(jìn)行煅燒前作為鹽處理劑引入的。鉀鹽作為結(jié)構(gòu)和顏色的調(diào)整控制劑，有助于粒子的成型，防止燒結(jié)，降低煅燒溫度，提高脫硫速度，同時(shí)抑制粒子生長速率和向金紅石轉(zhuǎn)化，能夠顯著提高產(chǎn)品白度和消色力。如圖4所示，鉀元素對(duì)粉料的打漿分散效果影響十分明顯。當(dāng)其百分含量不超過0.25%時(shí)，分散打漿后漿料粘度處在低粘度范圍內(nèi)，漿料粘度值通常不會(huì)超過1000cp；而超過0.26%時(shí)，漿料粘度則會(huì)在1000cp以上。所以，為了優(yōu)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(jìn)劑，可加速晶型轉(zhuǎn)化、提高轉(zhuǎn)化率，降低達(dá)到最高轉(zhuǎn)化率的溫度，提高產(chǎn)品的耐候性。但鋅加量偏高會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)化速率加快，導(dǎo)致煅燒強(qiáng)度不夠而造成消色力偏低，會(huì)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(duì)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(xiàn)出較明顯的變化。

圖5 Zn元素（以ZnO計(jì)）對(duì)打漿后漿料粘度的影響

3.3 粗品中金紅石含量對(duì)漿料粘度的影響

圖6 金紅石含量（R%）對(duì)打漿后漿料粘度的影響

作為生產(chǎn)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(xiàng)極其重要標(biāo)準(zhǔn)，其含量通常會(huì)控制在一定范圍內(nèi)，對(duì)于生產(chǎn)通用性金紅石型二氧化鈦，該值通常不會(huì)低于98%。從圖6可以看出，金紅石含量高低對(duì)打漿后漿料粘度的影響不大。

4 結(jié)論

硫酸法金紅石型二氧化鈦粗料品質(zhì)對(duì)分散打漿后漿料粘度的影響因素比較復(fù)雜，漿料粘度受多個(gè)因素共同影響。其中物料pH值，磷、硫、鉀等微量元素對(duì)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(nèi)打漿后漿料的粘度較低。粗品中鋅元素以及金紅石含量對(duì)漿料粘度的影響不明顯，沒有出現(xiàn)規(guī)律性的變化。

［1］鄧婕，吳立峰.鈦白粉應(yīng)用手冊(cè)（修訂版）［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

［2］陳朝華.鈦白粉生產(chǎn)技術(shù)回答［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1998.

［3］唐振寧.鈦白粉的生產(chǎn)與環(huán)境治理［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

［4］牟廷貴.硫酸法金紅石型二氧化鈦粗品pH值對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響［J］.全國鈦白行業(yè)年會(huì)2007年論文集.

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

［6］張益都.硫酸法鈦白粉生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

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