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氯化法鈦白粉的砂磨工藝

作者:admin日期:2022-04-12閱讀

氯化法鈦白粉有著三廢少,產品質量好,工藝流程短等優點,其中好的產品質量源于其雜質含量低,細度好。由于氯化法工藝的氧化工序決定了用該法生產的產品粒度較細,研磨階段并不需要大的能耗,但是因為氧化帶來的疤料和濕法團聚因素,細磨是不可少的環節,砂磨機正是適合這種工藝的一類設備,經過砂磨工序后,疤粒磨細,團聚顆粒打開,粒子逐漸研磨成球形[1],粒度分布趨于集中,這樣才能保證包膜后的產品具有優異的顏料和光學性能。然而,有些人認為氯化法鈦白粉的顆粒這么細,甚至不需要再進行濕磨,對砂磨工序認識不夠重視,沒有投入多的精力研究砂磨對后續產品指標的影響。


選用合適的砂磨機要從其結構,材質以及關鍵部件的選擇上入手。砂磨效果的好壞還取決于進料情況,如進料粒度,濃度,pH 值以及分散工藝的選擇,這不是本文關注的重點,在此不再贅述。就鈦白粉行業砂磨機的工藝流程主要分為三種: 單機連續,串聯連續,單筒多次。單機連續研磨工藝由一臺砂磨機和一進一出兩罐及砂磨機給料泵組成; 串聯研磨也屬于連續研磨,它由多臺砂磨機串聯連接,一般前一級砂磨機做粗磨,后幾級砂磨機做細磨; 單桶多次研磨工藝屬于批次生產,通過時間或者多次次數控制出料,達到精細研磨的效果。大多數鈦白粉廠使用單機連續的工藝,這種工藝連續性好,過料量大,但對產品粒度的控制要求不嚴格。本文對比了不同研磨介質粒徑下小型砂磨機單機連續,串聯,多次等不同工藝對砂磨過程指標和鈦白粉成品指標的影響。


1 試驗過程

1.1 試驗原料器材

原料采用分散后的鈦白粉漿料,分散劑六偏磷酸鈉用量0.3%,漿料濃度29%,比重1.290 g /cm3 ,pH 值為9.95。試驗采用了高速分散機對漿料進行預處理,主要設備為實驗室3 L 耐磨合金內襯砂磨試驗機,檢測儀器有馬爾文3000 激光粒度儀,以及小型實驗室水浴加料反應裝置,抽濾裝置,烘箱,實驗室氣流粉碎機。

1.2 試驗過程

試驗開始時將原料放入高速分散機進行分散,砂磨機分別裝入0.4,0.6 mm( 這兩種為鈦白粉常用粒徑) ,1.0 mm( 粗磨用粒徑) 氧化鋯珠清洗,每次取3 L 漿料保持砂磨參數一致進行研磨操作,每種鋯珠單次研磨后取樣測量粒度及分布,模擬單機連續生產; 單次研磨后再進行第2 次,第3 次研磨,模擬串聯連續生產; 將1.0 mm 鋯珠3 次研磨后的漿料在0.4 mm 鋯珠砂磨機內進行單筒多次,多次時間30 min,多次期間按每10 min 一次取樣測量粒度及分布。

將經過生產現場大型砂磨機研磨的漿料和通過0. 4,0. 6mm 鋯珠3 次串聯研磨及1.0 mm 鋯珠3 次研磨+0.4 mm 鋯珠多次30 min 的漿料進行實驗室包膜,過濾,干燥,粉碎處理,依照鈦白粉成品檢測標準分析檢測。


2 試驗結果與討論

2.1 粒度對比

將分散后研磨前的原始漿料作為標準樣,在不同粒徑的研磨介質的砂磨機中分次研磨和多次研磨測試得到D10,D50,D90 數據見表1,從表中可以看到,不同直徑的鋯珠每增加一次研磨后粒度均在縮小,隨著研磨次數的增加,粒徑減小的程度越來越小; 而多次研磨隨著時間的延長粒徑也有相同的變化趨勢。

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對于模擬串聯研磨的分次研磨,粒徑縮小的程度按照正方體消減理論,前提假定用于研磨物料的能量轉化為該正方體新增加的表面積,邊長減少量隨研磨次數遵循1 /2n 的規律,檢測數據和計算數據的差值見表2。表2 數據顯示計算值與檢測值接近,略低于檢測值,其中0.4 mm 鋯珠的差值小,這說明對于鈦白粉而言0.4 mm 鋯珠比大直徑的鋯珠研磨效率高,所做的無用功少,這個結論在文獻3 中也得到了證實。

從粒度分布上看,例舉了0.6 mm 鋯珠分次研磨的粒徑分布圖見圖1,可以看到每增加一次研磨峰值向左移動,峰型變窄,這說明通過模擬串聯研磨粒子的分布趨于變小,集中。圖2為以1.0 mm 鋯珠研磨3 次后為原料用0.4 mm 鋯珠多次研磨10,20,30 min 的粒徑分布圖對比,可以看出峰值左移和變窄的現象也很明顯。

粒度的試驗數據表明了,通過串聯研磨和多次研磨工藝,粒徑都會按一定規律不斷縮小,通過研磨工藝的調整終可以使產品達到目標粒徑要求,比單次研磨控制粒徑的手段加有效。


2.2 粘度對比

表3 列出了0.4,0.6 mm 鋯珠分次研磨過程中的粘度變化。表中數據顯示隨著研磨次數的增加粘度下降,溫度升高,且小的研磨介質使粘度下降的程度高。粘度下降主要是因為研磨提供給粒子能量,溫度升高,促使粒子分開并被分散劑包裹,克服了粒子之間的粘附力??梢韵胂笤谶@樣粒子分散狀態良好的情況下進行包覆處理,包覆效果也會大大提升。文獻4 也介紹了二氧化鈦漿料粘度影響包膜質量,進而影響油分散性得現象。究其原因是,如果形成包膜層前,團聚比較嚴重,包膜層不是包覆在單個的粒子表面,而是包覆在團聚體上,當經過干燥和氣流粉碎后,團聚體打開,包膜層斷裂,尤其是親油層———鋁膜,未完全包覆的成品不僅僅分散性差,易于團聚,且光學性能也大大降低。所以,對于鈦白粉的質量而言,研磨的程度至關重要。串聯研磨( 推測多次研磨) 工藝較單機連續工藝能好地提高了研磨的程度,降低了漿料粘度,進而穩定和改進了產品質量。

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數據可以看出,實驗室分級研磨和多次研磨照比大型機單機研磨得到的實驗室成品CBU( 提高3.2) ,TCS( 提高1) ,Lab值( L 值提高0.2) ,吸油量,粒徑指標均優,接近生產線產品,且指標按研磨程度提高的順序與3.1 中粒徑縮小趨勢相同。指標中唯獨分散性( 油分散) 出現異常規律,結合指標C 值,推測,隨著粒徑減小,顆粒數增加,表面能增加,有機劑用量不變的情

況下,飽和程度下降,團聚增加,這有待于進一步做隨粒徑減小增加有機劑用量的試驗驗證。

2.4 能耗與產能

就接近生產線產品的1. 0 mm3pass + 0. 4 mmcycle30 min小試樣品,根據其試驗的能耗數值推算放大后的產能,根據粒

徑的接近程度,近似用0.4mm1pass 能耗代替1.0 mm3pass,該步比能耗0. 043 kWh /kg,0. 4 mmcycle30 min 總的比能耗0. 161kWh / kg,共消耗0.204 kWh /kg,按照80%的效率計算,裝機容量315 kW 電機1000 L 的砂磨機過料量約為315×0.8 /0.204 = 1235kg /h 時,按此,控制研磨工藝流程為串聯或多次研磨才能達到研磨的效果。

3 結論

對于氯化法鈦白粉行業,砂磨工序可以有效的降低產品粒徑,易控制粒徑和分布的穩定性,終直接影響產品質量; 使用的砂磨機工藝應選擇串聯或多次研磨工藝; 填裝的介質可綜合經濟性選擇0.4 ~ 0.6 之間的鋯珠; 砂磨機的產能是由研磨效果要求( 不同牌子) 決定的,建議企業配用小型機積累數據,根據數據支撐選擇合適的設備和工藝匹配。





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