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砂磨次数对钛白初品质量的影响

作者:admin日期:2020-06-17阅读
砂磨是钛白行业中非常关键的粉碎和分散工艺之一。以钛白辊压初品为原料,不同粒径氧化锆珠研磨介质,通过卧式砂磨机研究了砂磨次数对钛白初品的性质的影响。试验结果表明:随着砂磨次数的增加,浆料的pH和粘度基本不发生改变;随着砂磨次数的增加,粒度D50逐渐减少,粒度≤1μm的百分比逐渐增加;随着砂磨次数的增加,浆料颗粒长径比值逐渐缓慢减少,球形度逐渐缓慢改善,团聚体数量和尺寸减少,白度L值和亮度缓慢增加。氧化锆珠粒径0.4mm相对0.6mm和1.8mm能获得更好的粒度结果、白度L值和亮度值。

前言
钛白粉是目前性能最优异的白色颜料,主要用于涂料、塑料、造纸、油墨、化学纤维与橡胶等产品[1-2]。
在硫酸法钛白生产中,偏钛酸经过转窑高温煅烧后得团聚体大颗粒钛白初品,这些大颗粒钛白初品须经过中粉工序才能得到一定粒度大小和分布的钛白浆料,只有处于一定粒度大小和分布的钛白浆料进行后处理才能得到表现出良好光学性能和颜料性能的钛白成品[3-4]。砂磨作为中粉工序关键工艺之一,具有连续生产,能量利用率高,产品不受污染等优点。砂磨也是目前应用最广泛和应用前景最好的生产大宗超细产品的主要手段之一[5]。
在砂磨过程中钛白初品以较高浓度的浆料形式存在,主要涉及的指标包括浆料粒度、粘度、pH、颜料性能及球形度等指标。

其中浆料粒度、浆料pH对浆料粘度有一定的影响,钛白浆料pH处于合适范围内才能得到较好粘度范围的浆料,从而有利于砂磨得到较好的粉碎和分散效果。白度和亮度是钛白颜料性能的关键指标,考察砂磨次数对两者的影响具有非常重要的理论及现实意义。浆料只有处于合适的粒度大小和分布并具有良好的球形度才能具有较好颜料性能[6]。
关于砂磨工艺和砂磨机结构研究较多,但关于砂磨次数对钛白初品性质的影响研究很少,因此该研究能够填补相关缺失的数据及理论并对钛白生产现场提供技术支持和理论指导。
2试验条件及方法
2.1试验原料
攀枝花某钛白企业钛白辊压初品(工业级)、分散剂(工业级)、脱盐水、氧化锆珠。

2.2试验仪器设备
LME-1耐驰卧式砂磨机,XMTA-8000鼓风干燥箱,LT6001E电子天平,马尔文2000粒度仪,奥豪斯pH计,LVDV-1prime旋转粘度仪、色差仪、量筒、高速粉碎机、扫描电镜等。
2.3试验方法
2.3.1操作过程
2.3.1.1打浆试验
取一定量钛白辊压初品,每次称取300g在高速粉碎机中粉碎20s,然后在适量的脱盐水中加入一定量的分散剂,搅拌均匀,然后按照质量浓度为600g/L加入相应量的高速粉碎后的钛白辊压初品,利用机械搅拌以400rpm的转速搅拌2h,混合均匀。

2.3.1.2砂磨试验
往砂磨机中装填一定粒径氧化锆珠,然后按照LME-1耐驰卧式砂磨机操作规程打开砂磨机,浆料进行5次砂磨。砂磨机操作参数:砂磨转速3000rpm,砂磨填充率80%,进砂料泵转速1。每次砂磨后取500mL浆料,以便测定其相应浓度、pH及粘度等指标。
2.3.2检测及分析方法
分别采用pH计、粘度计、马尔文2000粒度仪检测砂磨后浆料的pH值、粘度及粒度分布。取一定量砂磨后浆料在鼓风干燥箱120℃下干燥12h,取10g用三头研磨机研磨30min,用色差仪测试其白度和亮度。取少量上述研磨后样品进行SEM检测,并采用某球形度分析软件统计分析砂磨后钛白初品形貌—统计分析钛白初品颗粒在横、纵两个方向的长度,并计算横纵比(长径比)。长径比越小,样品越接近球形,即球形度越好。
3试验结果及讨论
砂磨作为中粉工序中极其关键的一环,其砂磨质量的好坏直接影响产品质量,因此研究砂磨过程中浆料的性质变化有助于更深刻理解砂磨的作用机理及意义。根据前期对砂磨工艺的研究并结合目前国内钛白生产企业砂磨经验[7],选取氧化锆珠粒径为0.4mm、0.6mm及1.8mm分别作为研磨介质,待砂磨浆料初始浓度为600g/L,砂磨机进料泵转速为1,砂磨转速3000rpm进行多次砂磨试验。
3.1浆料粒度
高速运动的氧化锆珠通过剪切、挤压和撞击等作用力对浆料颗粒进行粉碎和分散,从而获得粒度分布合格的砂磨浆料。砂磨次数对浆料粒度的影响如图1、2所示。中值粒径(D50)和粒度≤1μm的百分比经常作为钛白生产企业中衡量砂磨浆料粒度分布的两个关键指标。
砂磨次数对钛白初品质量的影响
由图1和图2可知,随砂磨次数的增多,由于砂磨的解聚效果,砂磨前浆料中的团聚粒子经砂磨后被打散,成为粒径较小的粒子,浆料粒度D50降低,小于1μm的百分比例增大。砂磨次数的增加有利于降低浆料的粒度,并且氧化锆珠粒径对浆料粒度的作用大小顺序为0.4mm>1.8mm>0.6mm,这是由于氧化锆珠粒径越小,则其比表面积越大,对浆料颗粒作用的频率越大,氧化锆珠粒径越大,虽然比表面积减少,作用频率减少,但在相同的速度下,动能越大,对浆料颗粒的作用力增加。
3.2浆料pH和粘度
在钛白粉的生产中,为了达到较好的砂磨效果,进砂磨机的浆料对pH和粘度均有指标要求。在砂磨过程中浆料中粗颗粒被破碎和分散,浆料中颗粒的形状、粒度和比表面积会发生变化,进而影响浆料的pH和粘度。砂磨次数对浆料pH、粘度的影响如表1所示。

由表1数据知,初始浆料经过一次砂磨后pH值减少了约0.8,这是由于经过砂磨后浆料粒度变小,比表面积增大,表面吸附的OH-增加,液相中游离的OH-减少,pH值减少,同时粒度变小后表面活性增加,粘度随之增加。在砂磨一次后随着砂磨次数的增多,浆料pH值和粘度基本没有发生改变。这是由于砂磨一次后,砂磨浆料颗粒的粒度和形状变化不大,浆料颗粒表面吸附的离子或者电荷基本不变。
3.3浆料颗粒形貌和球形度
为了研究不同粒径氧化锆珠下砂磨次数对浆料颗粒球形度的影响。选择砂磨次数分别为1次、3次和5次来代表球形度的变化,实验结果如表2所示。表2中数据显示,在所研究的氧化锆珠粒径下,随着砂磨次数增加,长径比都呈现缓慢减少的趋势;但砂磨次数增加后能耗增加,设备投资以及物资损耗也增加,因此综合考虑增加砂磨次数对产品球形度益处不大。
砂磨次数对钛白初品质量的影响
当氧化锆珠粒径为0.4mm时,考察砂磨1次、5次后钛白初品SEM图,试验结果如图3所示。
由图3可知,砂磨5次相对砂磨1次钛白初品的形貌逐渐往球形靠近,粒度在减少同时团聚的情况也在减少。

3.4浆料白度和亮度
亮度和白度作为钛白的两个重要颜料指标,而白度和亮度和钛白的粒度关系很大,因此有必要研究砂磨次数对两者的影响。表3为砂磨次数对砂磨浆料白度和亮度的影响。砂磨前初品的白度L值和亮度值分别为95.32和94.50。
砂磨次数对钛白初品质量的影响
由图4和图5可知,随着砂磨次数的增多,白度L值和亮度从均有小幅度增加的趋势;且氧化锆珠粒径为0.4mm和1.8mm砂磨浆料相对氧化锆珠粒径为0.6mm的砂磨浆料具有更好的白度和亮度,说明砂磨浆料的粒度越小对钛白的白度和亮度均具有一定的促进作用。

4结论
4.1砂磨第一次浆料pH值降低约0.8,粘度增加;在砂磨一次后,随着砂磨次数的增加,浆料pH和粘度基本不变。
4.2随着砂磨次数的增加,砂磨浆料D50逐渐变小,小于1μm的百分比例逐渐增大。
4.3随着砂磨次数的增加,产品球形度逐渐缓慢改善,团聚体减少,白度L值和亮度呈小幅增加趋势。
4.40.4mm氧化锆珠的砂磨浆料相对0.6mm和1.8mm氧化锆珠砂磨浆料粒度小,白度值和亮度好。