钛白粉无机包覆种类原理及工艺,钛白粉加工方法

钛白粉无机包覆种类原理及工艺

为满足实际工业中对钛白粉应用性能的要求,国内外学者进行了大量钛白粉无机包覆实验研究。其中,钛白粉包覆层多为Al3+、Si4+、Zr4+、Be2+、Ti4+、Mg2+、Mn2+、Cr3+、Ce4+等水合氧化物或氢氧化物。目前工业生产中,Al3+、Si4+、Zr4+应用最为广泛。

研究表明,钛白粉的应用性能取决于其表面无机包覆层的种类,其表面包覆氧化铝可用于改善产品水性体系中的分散稳定性能,包覆二氧化硅可用于增加钛白粉产品的耐候性能,包覆二氧化锆层可用于提升钛白粉的耐光性能。在钛白粉表面包覆单一种类或多种类无机膜层,可满足不同应用领域对钛白粉应用性能的要求。根据包覆层成分差异,无机包覆可分为单元无机包覆和多元无机包覆。

1、氧化铝包覆

包覆原理:钛白粉表面包覆氧化铝时,水合氧化铝(Al2O3·nH2O)在钛白粉颗粒表面缓慢成膜,形成包覆层。

在不同反应pH值条件下,包覆层水合氧化铝(Al2O3·nH2O)呈现不同物相。在酸性环境中,形成无定型凝胶;在碱性环境中,为勃母石或拜耳石。

Jacobson等在包覆层水合氧化铝物相研究中表明,50%-70%以勃母石(AlOOH)形式存在,其余为无定型水凝胶。随反应pH值及中和速度变化,包覆层致密性变化显著。中和速度快,形成疏松海绵状包覆层;中和速度慢,生成致密包覆层。在酸性条件下,水合氧化铝一次粒子沉淀速率大于其自身絮凝速率,在钛白粉颗粒表面快速持续沉淀,生成致密包覆层;反之,在碱性条件下,形成疏松包覆层。

包覆工艺:钛白粉包覆工艺步骤一般为:将钛白粉制浆分散,以NaAlO2或Al2(SO4)3为包膜剂,氧化铝包覆量为钛白粉质量的1%-5%,采用并流法,控制反应pH值及反应温度,包膜时间1-5h,熟化时间2h,得到钛白粉包覆产品。

Li等通过以上工艺,在不同反应pH值条件下制备得到氧化铝包覆钛白粉产品,结果表明,当反应pH值为4时,形成无定型致密氧化铝包覆层,当反应pH值为8.5时,形成勃母石型疏松包覆层。

2、二氧化硅包覆

包覆原理:无定型水合二氧化硅形成时,硅酸钠酸化析出以Si(OH)4形式存在的正硅酸,溶液中仅含有正硅酸水解产物H3SiO4-及H3SiO42-,不存在偏硅酸离子。而H3SiO4-及H3SiO42-单体极不稳定,缩、聚合反应迅速进行,生成具有硅氧键的缩合硅酸。

钛白粉颗粒表面羟基密度较高,原硅酸通过静电吸附作用吸附于颗粒表面,与颗粒表面羟基发生脱水缩合形成硅酸缩聚物。硅酸缩聚物在钛白粉颗粒表面均匀、连续生长,并通过进一步脱水缩合,形成致密无定性水合二氧化硅包覆层。因此,钛白粉表面包覆二氧化硅过程不仅是单一物理吸附过程,也存在一定的化学键合作用。崔爱莉等通过钛白粉表面包覆二氧化硅研究,指出包覆过程为溶胶-凝胶过程。Godnjavec、Park等采用红外光谱(FTIR)及X射线光电子能谱(XPS)分析技术研究了二氧化硅包覆钛白粉的成膜机理,实验结果表明,二氧化硅包覆层与基底二氧化钛颗粒之间形成了Si-O-Ti键。

通过控制反应pH值、反应温度及中和速度,可生成不同形貌二氧化硅包覆层。在低反应温度、高中和速度下,硅酸沉积速率快,易形成岛状包覆层;在高反应温度、低中和速度下,包覆层连续、致密性好。葛晨等通过控制反应pH值控制包膜形貌的研究表明,当反应pH值为7-8.5时,形成致密岛状不连续包覆层,当反应pH值为9-10时,包覆层连续且致密。

包覆工艺:钛白粉表面包覆二氧化硅工艺步骤一般为:以Na2SiO3为包覆剂,采用并流法,维持pH值为8-10.包覆温度80-100ºC,包覆量3%-5%,熟化1-3h。

3、二氧化锆包覆

钛白粉单元包覆二氧化锆时,包覆剂以硫酸锆、四氯化锆、氯氧化锆及硝酸锆为主,其中,硫酸锆与氯氧化锆具有成本低、使用过程环境污染小等优点,在工业上得到了广泛应用。

包覆原理:二氧化锆单元包覆时,包覆层以羟基水合氧化锆形式存在,其表面活性大,吸附性能强,与钛白粉颗粒表面羟基缩合形成Zr-O-Ti键,牢固键合于钛白粉颗粒表面。

在低中和速度条件下,溶液中溶胶生成速率慢,溶胶与钛白粉颗粒碰撞概率远大于溶胶之间的碰撞概率,利于在钛白粉颗粒表面形成致密包覆层;反之,中和速度快,溶胶自身成核速率快,水合氧化锆趋于均相成核,吸附于钛白粉颗粒表面,形成岛状不连续包覆层。

包覆工艺:钛白粉表面包覆二氧化锆工艺条件一般为:以Zr(SO4)2或ZrOCl2为包膜剂,反应pH值为9-10.包覆温度为50-70ºC,包膜时间为1-5h,熟化时间为1-3h。

4、二氧化硅-氧化铝复合包覆

曹洪清等采用一次共沉淀包覆,以硅酸钠为硅源,以氯化铝及偏铝酸钠为酸、碱性沉淀剂,制备得到了高分散、高耐候钛白粉产品,减少了生产步骤,降低了生产成本。

Bettler采用液相共沉淀法,以柠檬酸为沉淀剂,依次包覆二氧化硅及氧化铝,得到了一种高分散性钛白粉颜料。

Li等在反应pH值为4.0、反应温度为60ºC条件下包覆二氧化硅,反应pH值为8.0、反应温度为60ºC条件下包覆氧化铝,通过二次包覆得到致密性好的二氧化硅-氧化铝包覆钛白粉复合产品,结果表明,包覆层中存在Al-O-Si键,在Si-Al包覆层间形成铝硅酸盐层。

Zhang等采用共沉淀包覆方法,在反应pH值为9.5、反应温度为90ºC、包覆剂硅酸钠与钛白粉摩尔比为1:15条件下包覆二氧化硅,在包覆氧化铝过程中,反应温度为80ºC,通过调节反应pH值、包覆剂偏铝酸钠与钛白粉的摩尔比优化复合包覆样品的性能。结果表明,反应pH值为5时,钛白粉颗粒表面形成了连续致密二氧化硅-氧化铝包覆层,复合包覆样品具有优异的分散稳定性能,机理研究表明二氧化硅与钛白粉颗粒间通过Si-O-Ti键相结合,而氧化铝与颗粒间形成了Al-O-Si键。

钛白粉加工方法

市场中的钛白粉大多是由是由钛精矿经过研磨、化学方法提纯、烘干、包装后得到的白色粉末状物料,钛白粉磨粉生产线中常用的磨粉设备种类有哪些,常用的钛白粉化学提纯方法有哪些?下面就为大家一一解答。

钛白粉磨粉设备生产线-钛白粉加工方法

  一、钛白粉磨粉设备

下面是几种常用的钛白粉磨粉设备,不同规格的设备其抗压能力、最大进料粒度、产品粒度和生产能力不同,在实际作业时,我们要根据自己的需要进行挑选。

雷蒙磨粉机

雷蒙磨粉机是较常用的干式磨粉设备,适宜加工莫氏硬度7级以下、湿度在6%以下的各种非易燃易爆的物料,其最大进料粒度为30mm,产品粒度为0.044-0.125mm,理想生产速度为176t/班产。

高强磨粉机

高强雷蒙磨粉机对物料的研磨力度大,其适宜加工莫氏硬度9.3级以下、湿度在6%以下的各种非易燃易爆的物料,其最大进料粒度为25mm,产品粒度为0.033-0.173mm,理想产量为52t/班产。

高压磨粉机

高压微粉磨的抗压能力强,适合对硬度较大的物料进行较细的研磨,即莫氏硬度为9.3级以下、湿度在6%以下的各种非易燃易爆的物料的细磨,其最大进料粒度为25mm,产品粒度为0.010-0.125mm,理想产量为12t/班产。

三环中速微粉磨

三环中速微粉磨适合对莫氏硬度小于6级的非易燃易爆物料的脆性物料的研磨,其最大进料粒度为10mm,产品粒度为400-3000目,理想产量为7000kg/h。

细粉磨机

细粉磨机适合对莫氏硬度小于9.3级、湿度在6%以下的各种非易燃易爆的物料进行研磨,其最大进料粒度为35mm,产品粒度为0.015—0.25mm,理想产量为35t/h。

超细磨

超细雷蒙磨粉机适合加工硬度在莫氏7级以下、湿度在6%以下的各种非易燃易爆矿产物料,其最大进料粒度小于20mm,产品粒度为425—3250目,理想产量为800kg/h,他是所有雷蒙磨粉机中研磨粒度比较细的一个。

二、钛白粉加工方法

硫酸法

硫酸法基本过程是首先将酸溶性含钛原料用硫酸酸解形成多孔的固相物,再用水浸取得到硫酸氧钛溶液,经净化浓缩等处理后,加入水水解形成白色的偏钛酸沉淀,再经净化等处理后高温煅烧即可得到钛白粉,煅烧出来的钛白粉还有经过盐处理包膜等过程才能得到最后的产品。

硫酸法可生产锐钛型和金红石型钛白粉,该方法的优点是能以价低易得的钛铁矿与硫酸为原料,技术较成熟、设备简单、防腐蚀材料易解决。其缺点是流程长、只能以间歇操作为主,湿法操作,硫酸、水消耗高,废物及副产物多、对环境污染大。

氯化法

氯化法基本过程是首先钛原料和石油焦以一定比例混合,再通入氯气氯化得到四氯化钛,四氯化钛经过净化精制后用氧气氧化便得到钛白粉,氯气返回继续氯化,氧化得到的钛白粉同样需要经过盐处理和包膜等过程才能得到最后的产品。

氯化法优点是流程短、生产能力易扩大、连续自动化程度高、能耗相对低、能得到优质产品,其缺点是投资大、设备结构复杂,对材料要求高,要耐高温、耐腐蚀,装置难以维修、研究开发难度大。

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