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金红石型钛白粉的湿法超细研磨实验研究

作者:admin日期:2020-03-20阅读
以卧式砂磨机为超细研磨设备,研究研磨介质填充率、磨机转速、矿浆中粉体含量、助磨剂添加量、研磨时间对金红石型钛白粉超细研磨效果的影响。结果表明,在介质填充率为70%,磨机转速为2250r/min,矿浆中粉体质量分数为50%,添加助磨剂质量分数为0.4%的条件下,金红石型钛白粉超细研磨20min制得钛白粉的粒径d50、d97分别可达0.48、1.07μm。
钛白粉(TiO2)是一种多晶化合物,质点呈规则排列,具有格子构造,被认为是目前世界上性能好的白色颜料,在涂料、化纤、橡胶、塑料、造纸、印刷油墨等工业中广泛应用[1-3]。TiO2纳米粉体作为一种新型的无机功能材料,粒径为普通TiO2的约1/10,多为10~50nm,具有十分宝贵的光学性质。表面活性高、比表面大、光吸收性能好、吸收紫外线能力强等性能,使TiO2又在陶瓷、催化、环境工程、防晒化妆品等众多领域中应用前景广阔。在自然界中TiO2存在金红石型、锐钛矿型和板钛矿型3种结晶形态。热稳定性、化学稳定性、耐候性并且折射率高的金红石型TiO2广泛应用于塑料、油墨、白色颜料和高级轿车金属面漆等。金红石型钛白粉湿磨工艺所用的主要设备为砂磨机、球磨机、胶体磨等。其中砂磨机具有高效分散和较强的粉碎作用,广泛用于钛白粉生产中。砂磨机分为立式砂磨机和卧式砂磨机2种。本文中以卧式砂磨机为超细研磨设备,研究研磨介质填充率、磨机转速、矿浆中粉体含量、助磨剂添加量、研磨时间对金红石型钛白粉超细研磨效果的影响。
1实验
1.1原料 
金红石型钛白粉原料由四川公司提供,初始粒径d50、d97分别为0.56、25.41μm(d50、d97分别是累积体积分数为50%、97%时对应的颗粒粒径)。
1.2试剂与介质 
实验所用助磨剂为美国陶氏化学生产的聚丙烯酸树脂,黄色透明黏稠状液体,型号为Acumer9460,化学结构式为(C3H4O2)n。研磨介质选用韩国赛诺粒径为0.6~0.8mm的氧化锆球
1.3仪器与设备
采用卧式砂磨机(Mini-Easy型,北京瑞驰拓维公
司)对金红石型钛白粉进行超细研磨;采用离心沉降式粒度分布仪(BT-1500型,辽宁省丹东百特科技有限公司)测试样品的粒度[5]。
2结果与讨论
2.1介质填充率对研磨效果的影响
选取介质填充率(体积分数,以下同)为65%、
67.5%、70%、72.5%、75%,矿浆中粉体质量分数为50%,添加助磨剂质量分数为0.4%,在磨机转速为2250r/min的条件下研磨25min,产品粒度如图1所示。由图可知:当介质填充率为65%~70%时,产品粒径d50和d97出现了先缓慢后迅速减小的趋势;当介质填充率为70%~75%时,产品粒度随着磨机转速的而明显再小幅减小;当介质填充率为70%时,产品粒度达到小,d50和d97分别为0.24、0.89μm。由此可知,佳研磨介质填充率为70%。
金红石型钛白粉的湿法超细研磨实验研究
2.2磨机转速对研磨效果的影响
选取介质充填率为70%,矿浆中粉体质量分数为50%,助磨剂质量分数为0.4%,在磨机转速分别为2050、2150、2250、2350、2450r/min的条件下研磨25min,产品粒度如图2所示。由图可知:当磨机转速为2050~2250r/min时,产品粒径d50和d97出现了先缓慢然后迅速减小的趋势;当磨机转速为2250~2450r/min时,产品粒度随着磨机转速的而明显;当磨机转速为2250r/min时,产品粒度达到小,d50和d97分别为0.24、0.89μm。由此可知,佳磨机转速为2250r/min。
金红石型钛白粉的湿法超细研磨实验研究
2.3矿浆中粉体含量对研磨效果的影响
选取矿浆中粉体质量分数为45%、47.5%、
50%、52.5%、55%,介质填充率为70%,助磨剂质量分数为0.4%,在磨机转速为2250r/min的条件下研磨25min,产品粒度如图3所示。由图可知:当矿浆中粉体质量分数为45%~50%时,产粒径d50和d97出现了先缓慢后迅速减小的趋势;当粉体质量分数为50%~55%时,产品粒度随着磨机转速的先明显再缓慢减小;当粉体质量分数为50%时,产品粒度达到小,d50和d97分别为0.36、0.77μm。由此可知,矿浆中粉体质量分数佳值为50%。
金红石型钛白粉的湿法超细研磨实验研究
2.4助磨剂添加量对研磨效果的影响 
选取添加助磨剂质量分数为0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%,介质填充率为70%,矿浆中粉体质量分数为50%,在磨机转速为2250r/min的条件下研磨25min,产品粒度如图4所示。由图可知:当助磨剂质量分数为0.2%~0.4%时,产品粒径d50随着助磨剂添加量的而平稳减小,d97出现了先缓慢后迅速减小的趋势;当助磨剂质量分数为0.4%~0.6%时,产品粒径d50和d97随着磨机转速的先明显再缓慢减小;当助磨剂质量分数为0.4%时,产品粒度达到小,d50和d97分别为0.25、0.93μm。由此可知,加入助磨剂的质量分数的佳值为0.4%。
金红石型钛白粉的湿法超细研磨实验研究金红石型钛白粉的湿法超细研磨实验研究(图5)
2.5研磨时间对研磨效果的影响
在介质填充率为70%,矿浆中粉体质量分数为
50%,助磨剂质量分数为0.4%,磨机转速为2250r/min的条件下分别研磨原矿20、22.5、25、27.5、30min,产品粒度如图5所示。由图可知:d50在0.5μm左右变动,且变化幅度很小;当研磨时间为20~23.5min时,d97由0.48μm迅速到约2.3μm;当研磨时间为23.5~30min时,d97缓慢减小到2.02μm。由于d97是主要考察指标,而且也要考虑能耗,因此确定佳研磨时间为20min。
3结论
1)以粒径为0.6~0.8mm的氧化锆球为研磨介质,在介质充填率为70%,磨机转速为2250r/min,矿浆中粉体质量分数为50%,添加助磨剂质量分数为0.4%,磨矿时间为20min的条件下制备金红石型钛白粉产品的粒度小。
2)在优工艺条件下处理金红石型钛白粉所得的产品粒径d50由0.56μm减小到0.48μm,d97由25.41μm减小到1.07μm。