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)過打漿、脫氯、分散、砂磨、分級、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、分級后易再次團(tuán)聚，則在包膜過程不能有效進(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，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鈦白粉漿料分散性的影響，對認(rèn)識(shí)前端工序?qū)Ψ稚⑿缘挠绊懢哂幸欢ㄒ饬x，并對前端工序提出相關(guān)建議來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：美國分散科技公司；電子天平：LTT002E電子天平：常熟市天量儀器有限公司。
1.3 實(shí)驗(yàn)方法
稱量一定量現(xiàn)場未脫氯的鈦白粉初品加入到分散機(jī)中，開啟攪拌，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 不同雙氧水用量對分散漿料分散性的影響
通過不同雙氧水加入量對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沉降速率無明顯影響。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分散漿料的Zeta電位無明顯影響。綜合以上結(jié)果，可知脫氯程度對分散漿料的分散性無明顯影響。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，含有相同氯氣含量的鈦白粉初品漿料的不同脫氯程度對漿料分散后產(chǎn)生的鹽分含量無影響，則在同一分散條件下,鹽分含量對分散后漿料造成的粘度影響程度是一致的，即分散性無明顯影響。
2.2 鈦白粉初品漿料中不同氯氣含量對分散漿料分散性的影響
接下來，我們考察了鈦白粉初品漿料中不同氯氣含量對分散后漿料分散性的影響。首先對鈦白粉初品進(jìn)行了長期空氣中放置，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 氯氣含量對分散漿料電導(dǎo)率的影響
通過實(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明顯差異。
(2)對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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楊顯猴，李 培，梁 波
(宜賓天原海豐和泰有限公司，四川 宜賓 644200)
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目前，對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鈦白粉漿料分散性的影響，對認(rèn)識(shí)前端工序?qū)Ψ稚⑿缘挠绊懢哂幸欢ㄒ饬x，并對前端工序提出相關(guān)建議來保障鈦白粉初品的分散性。
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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：美國分散科技公司；電子天平：LTT002E電子天平：常熟市天量儀器有限公司。
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圖1 不同雙氧水用量對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，含有相同氯氣含量的鈦白粉初品漿料的不同脫氯程度對漿料分散后產(chǎn)生的鹽分含量無影響，則在同一分散條件下,鹽分含量對分散后漿料造成的粘度影響程度是一致的，即分散性無明顯影響。
2.2 鈦白粉初品漿料中不同氯氣含量對分散漿料分散性的影響
接下來，我們考察了鈦白粉初品漿料中不同氯氣含量對分散后漿料分散性的影響。首先對鈦白粉初品進(jìn)行了長期空氣中放置，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 氯氣含量對分散漿料電導(dǎo)率的影響
通過實(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明顯差異。
(2)對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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