氯化法鈦白粉脫氯工序?qū)︹伆追鄢跗贩稚⑿缘挠绊懷芯?/h1>
2021-07-20 01:20:56楊顯猴
四川冶金 2021年3期
楊顯猴，李 培，梁 波
(宜賓天原海豐和泰有限公司，四川 宜賓 644200)
鈦白粉是目前世界上性能最佳的白色顏料之一，在相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域中尚無(wú)可替代品，廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、造紙等行業(yè)[1-3]。目前工業(yè)化的鈦白粉制造工藝主要分為硫酸法與氯化法，而這兩種工藝均需將獲得的鈦白粉初品進(jìn)行后處理改性，提高鈦白粉各項(xiàng)性能。目前常用的后處理改性工藝是濕法改性，其中氯化法鈦白粉濕法改性需經(jīng)過(guò)打漿、脫氯、分散、砂磨、分級(jí)、包膜、壓濾、閃干、氣粉等獲得成品，而鈦白粉初品漿料分散性好壞對(duì)最終鈦白粉性能有著重要的影響[4-5]。由于鈦白粉初品原粒粒徑小，表面自由能高，易團(tuán)聚,當(dāng)其漿料分散性差時(shí)，在砂磨、分級(jí)后易再次團(tuán)聚，則在包膜過(guò)程不能有效進(jìn)行單顆原粒表面沉積改性，經(jīng)氣粉粉碎后，表面未包覆的地方暴露出來(lái)，最終影響產(chǎn)品耐候性以及其他性能[4]。另外，鈦白粉初品良好的分散性擁有較低的粘度，在低粘度環(huán)境下，會(huì)提高砂磨效果。因此，為制備性能優(yōu)異的鈦白粉，保持鈦白粉初品漿料良好的分散性是必要的。
目前，對(duì)鈦白粉初品漿料分散性的研究，主要集中在分散工序中工藝參數(shù)對(duì)分散性的影響，如pH、分散劑種類、分散劑用量、攪拌速度、攪拌時(shí)間以及鈦白粉初品漿料濃度等，以尋求最佳的分散工藝條件來(lái)提高鈦白粉初品漿料的分散性[6-10]，而極少研究分散工序前端工序?qū)︹伆追鄢跗贩稚⑿缘挠绊?。本?shí)驗(yàn)通過(guò)研究脫氯工序的工藝參數(shù)，主要是考察雙氧水用量(即脫氯程度)與鈦白粉初品漿料中氯氣含量對(duì)鈦白粉漿料分散性的影響，對(duì)認(rèn)識(shí)前端工序?qū)Ψ稚⑿缘挠绊懢哂幸欢ㄒ饬x，并對(duì)前端工序提出相關(guān)建議來(lái)保障鈦白粉初品的分散性。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 實(shí)驗(yàn)原料
實(shí)驗(yàn)所用的原料包括：未包膜的鈦白粉初品，宜賓天原海豐和泰有限公司；雙氧水，重慶俊恒化工有限公司，分析純；氫氧化鈉，宜賓天原海豐和泰有限公司，工業(yè)純；六偏磷酸鈉，青州市裕豐化工有限公司，工業(yè)純。
1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
實(shí)驗(yàn)室高攪分散機(jī)：佛山市銳勒機(jī)械有限公司；FE28-Standard型pH計(jì)：梅特勒-托利多；DT-300系列高濃度Zeta電位分析儀：美國(guó)分散科技公司；電子天平：LTT002E電子天平：常熟市天量?jī)x器有限公司。
1.3 實(shí)驗(yàn)方法
稱量一定量現(xiàn)場(chǎng)未脫氯的鈦白粉初品加入到分散機(jī)中，開(kāi)啟攪拌，控制攪拌速率為400 r/min，隨后加一定量雙氧水進(jìn)行脫氯，脫氯30 min后，得到預(yù)分散漿料。接下來(lái)向預(yù)分散漿料加入0.2%(占TiO2質(zhì)量)的40 g/L(以P2O5計(jì))六偏磷酸鈉溶液，然后立即加入pH調(diào)節(jié)劑氫氧化鈉將pH調(diào)至10.0左右，最后再攪拌30 min，得到分散漿料，取樣進(jìn)行沉降速率以及Zeta電位測(cè)試。實(shí)驗(yàn)中，只變雙氧水用量，且每組雙氧水用量平行試驗(yàn)兩次，考察不同雙氧水用量對(duì)鈦白粉初品分散漿料的沉降速率以及Zeta電位的影響。
1.4 表征方法
采用DT-300系列高濃度Zeta電位分析儀分析鈦白粉初品分散漿料Zeta電位；采用沉降法分析鈦白粉初品分散漿料分散穩(wěn)定性。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 不同雙氧水用量對(duì)分散漿料分散性的影響
通過(guò)不同雙氧水加入量對(duì)分散漿料的沉降速率與zeta電位進(jìn)行考察，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1、圖2所示。從圖1可以看出，隨著雙氧水加入量的增大，分散漿料同等時(shí)間沉降后的上清液體積基本相同，即沉降速率接近，可知不同脫氯程度對(duì)沉降速率無(wú)明顯影響。另外，由圖2可以看出，隨著雙氧水加入量的增大，分散漿料的Zeta電位值基本相同，可知不同脫氯程度對(duì)分散漿料的Zeta電位無(wú)明顯影響。綜合以上結(jié)果，可知脫氯程度對(duì)分散漿料的分散性無(wú)明顯影響。就此，進(jìn)行原因分析。由于Cl2進(jìn)入到鈦白粉初品漿料中發(fā)生如下反應(yīng)：
圖1 不同雙氧水用量對(duì)鈦白粉初品分散漿料沉降速率的影響
圖2 不同雙氧水用量對(duì)鈦白粉初品分散漿料Zeta電位的影響
Cl2+H2O = HCl+HClO(可逆反應(yīng))
而雙氧水脫氯反應(yīng)如下：
ClO-+H2O2= Cl-+O2+H2O
可知，脫氯反應(yīng)主要是把具有較強(qiáng)氧化性的次氯酸、次氯酸鹽還原成穩(wěn)定的氯化物，而氯化物含量由進(jìn)入漿料中氯氣的量決定。當(dāng)未進(jìn)行脫氯處理時(shí)，鈦白粉初品漿料中的氯主要以Cl2、Cl-、ClO-存在，當(dāng)后續(xù)用氫氧化鈉進(jìn)行分散調(diào)節(jié)時(shí)，會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：
NaOH+HCl = NaCl+H2O
NaOH+HClO=NaClO+H2O
Cl2+H2O = HCl+HClO
可知，隨著酸堿中和反應(yīng)的進(jìn)行，HCl與HClO不斷被消耗，使氧化漿料中的Cl2繼續(xù)生成HCl與HClO，最后Cl2被消耗完，完全生成氯化鹽與次氯酸鹽，其含量由進(jìn)入鈦白粉初品漿料中氯氣的量決定。由此可見(jiàn)，含有相同氯氣含量的鈦白粉初品漿料的不同脫氯程度對(duì)漿料分散后產(chǎn)生的鹽分含量無(wú)影響，則在同一分散條件下,鹽分含量對(duì)分散后漿料造成的粘度影響程度是一致的，即分散性無(wú)明顯影響。
2.2 鈦白粉初品漿料中不同氯氣含量對(duì)分散漿料分散性的影響
接下來(lái)，我們考察了鈦白粉初品漿料中不同氯氣含量對(duì)分散后漿料分散性的影響。首先對(duì)鈦白粉初品進(jìn)行了長(zhǎng)期空氣中放置，除盡Cl2，隨后配置成2 L的400 g/L鈦白粉初品漿料，隨后加入不同量的Cl2，然后再進(jìn)行脫氯、分散實(shí)驗(yàn)，測(cè)分散漿料的電導(dǎo)率與Zeta點(diǎn)位。結(jié)果如表1所示，并作圖3與圖4。
圖4 氯氣含量對(duì)分散漿料Zeta電位的影響
表1 不同氯氣含量的鈦白粉初品漿料的電導(dǎo)率與Zeta點(diǎn)位
圖3 氯氣含量對(duì)分散漿料電導(dǎo)率的影響
通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，氯氣進(jìn)入氧化漿料含量越多，會(huì)導(dǎo)致分散后鹽含量越高，電導(dǎo)率增大，Zeta電位絕對(duì)值減小，即分散性變差。因此，在氧化工段進(jìn)行氣固分離TiO2與Cl2時(shí)，應(yīng)確保有效分離，防止過(guò)量氯氣進(jìn)入漿料中。此外，在氧化反應(yīng)器工序加巖鹽清除結(jié)疤物料時(shí)，也需嚴(yán)格控制巖鹽含量，在有效除疤的前提下，盡量減少巖鹽的加入量。
3 結(jié)論
(1)對(duì)含有相同氯氣含量的鈦白粉初品漿料進(jìn)行不同脫氯程度處理后，其在同一分散條件下的分散性無(wú)明顯差異。
(2)對(duì)不同氯氣含量的鈦白粉初品漿料進(jìn)行脫氯、分散后，其在同一分散條件下的分散性隨著氯氣含量的增加而變差。
(3)生產(chǎn)上在氧化工段進(jìn)行TiO2與Cl2氣固分離時(shí)，應(yīng)確保有效分離，防止過(guò)量氯氣進(jìn)入漿料中。
(4)在氧化反應(yīng)器工序加巖鹽清除結(jié)疤物料時(shí)，也需嚴(yán)格控制巖鹽含量，在有效除疤的前提下，盡量減少巖鹽的加入量。
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(宜賓天原海豐和泰有限公司，四川 宜賓 644200)
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1.4 表征方法
采用DT-300系列高濃度Zeta電位分析儀分析鈦白粉初品分散漿料Zeta電位；采用沉降法分析鈦白粉初品分散漿料分散穩(wěn)定性。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 不同雙氧水用量對(duì)分散漿料分散性的影響
通過(guò)不同雙氧水加入量對(duì)分散漿料的沉降速率與zeta電位進(jìn)行考察，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1、圖2所示。從圖1可以看出，隨著雙氧水加入量的增大，分散漿料同等時(shí)間沉降后的上清液體積基本相同，即沉降速率接近，可知不同脫氯程度對(duì)沉降速率無(wú)明顯影響。另外，由圖2可以看出，隨著雙氧水加入量的增大，分散漿料的Zeta電位值基本相同，可知不同脫氯程度對(duì)分散漿料的Zeta電位無(wú)明顯影響。綜合以上結(jié)果，可知脫氯程度對(duì)分散漿料的分散性無(wú)明顯影響。就此，進(jìn)行原因分析。由于Cl2進(jìn)入到鈦白粉初品漿料中發(fā)生如下反應(yīng)：
圖1 不同雙氧水用量對(duì)鈦白粉初品分散漿料沉降速率的影響
圖2 不同雙氧水用量對(duì)鈦白粉初品分散漿料Zeta電位的影響
Cl2+H2O = HCl+HClO(可逆反應(yīng))
而雙氧水脫氯反應(yīng)如下：
ClO-+H2O2= Cl-+O2+H2O
可知，脫氯反應(yīng)主要是把具有較強(qiáng)氧化性的次氯酸、次氯酸鹽還原成穩(wěn)定的氯化物，而氯化物含量由進(jìn)入漿料中氯氣的量決定。當(dāng)未進(jìn)行脫氯處理時(shí)，鈦白粉初品漿料中的氯主要以Cl2、Cl-、ClO-存在，當(dāng)后續(xù)用氫氧化鈉進(jìn)行分散調(diào)節(jié)時(shí)，會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：
NaOH+HCl = NaCl+H2O
NaOH+HClO=NaClO+H2O
Cl2+H2O = HCl+HClO
可知，隨著酸堿中和反應(yīng)的進(jìn)行，HCl與HClO不斷被消耗，使氧化漿料中的Cl2繼續(xù)生成HCl與HClO，最后Cl2被消耗完，完全生成氯化鹽與次氯酸鹽，其含量由進(jìn)入鈦白粉初品漿料中氯氣的量決定。由此可見(jiàn)，含有相同氯氣含量的鈦白粉初品漿料的不同脫氯程度對(duì)漿料分散后產(chǎn)生的鹽分含量無(wú)影響，則在同一分散條件下,鹽分含量對(duì)分散后漿料造成的粘度影響程度是一致的，即分散性無(wú)明顯影響。
2.2 鈦白粉初品漿料中不同氯氣含量對(duì)分散漿料分散性的影響
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圖4 氯氣含量對(duì)分散漿料Zeta電位的影響
表1 不同氯氣含量的鈦白粉初品漿料的電導(dǎo)率與Zeta點(diǎn)位
圖3 氯氣含量對(duì)分散漿料電導(dǎo)率的影響
通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，氯氣進(jìn)入氧化漿料含量越多，會(huì)導(dǎo)致分散后鹽含量越高，電導(dǎo)率增大，Zeta電位絕對(duì)值減小，即分散性變差。因此，在氧化工段進(jìn)行氣固分離TiO2與Cl2時(shí)，應(yīng)確保有效分離，防止過(guò)量氯氣進(jìn)入漿料中。此外，在氧化反應(yīng)器工序加巖鹽清除結(jié)疤物料時(shí)，也需嚴(yán)格控制巖鹽含量，在有效除疤的前提下，盡量減少巖鹽的加入量。
3 結(jié)論
(1)對(duì)含有相同氯氣含量的鈦白粉初品漿料進(jìn)行不同脫氯程度處理后，其在同一分散條件下的分散性無(wú)明顯差異。
(2)對(duì)不同氯氣含量的鈦白粉初品漿料進(jìn)行脫氯、分散后，其在同一分散條件下的分散性隨著氯氣含量的增加而變差。
(3)生產(chǎn)上在氧化工段進(jìn)行TiO2與Cl2氣固分離時(shí)，應(yīng)確保有效分離，防止過(guò)量氯氣進(jìn)入漿料中。
(4)在氧化反應(yīng)器工序加巖鹽清除結(jié)疤物料時(shí)，也需嚴(yán)格控制巖鹽含量，在有效除疤的前提下，盡量減少巖鹽的加入量。
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