二氧化钛后处理及设备

二氧化钛后处理及设备（一）二氧化钛的制浆、分散、湿磨和分级氯化法氧化工序的半成品粒度已经很细，不需要进行前粉碎。

硫酸法经回转窑煅烧后的产品首先要经过磨细才能充分发挥湿磨机的作用。

国内几家大的硫酸法钛白粉厂前粉碎基本上都是采用雷蒙磨来实现的（见表1）。

表1 雷蒙磨的具体设备情况公司名称型号来源核工业部华原公司雷蒙磨R5M 从德国进口攀渝钛业雷蒙磨R5M —裕兴钛白粉厂雷蒙磨R5M —河南漯河4R、5R雷蒙磨国产国产的雷蒙磨在质量和使用寿命上远远赶不上进口雷蒙磨，其使用10年以上仍然完好。

配备有自动控制的DCS控制系统，以提高研磨效率。

磨细的物料通常由螺旋计量器加到制浆罐中。

制浆用脱盐水作稀释剂，进行充分搅拌，固相浓度（质量）25%-30％。

制浆的同时加人分散剂，调整pH值至9-12可达到最佳分散效果。

此时要求体积电阻率不低于20000Ω·cm,若有可能可用黏度计检测，到黏度最低时为最好，以便湿磨效果充分发挥。

分散剂的种类很多，通常分为有机分散剂、无机分散剂。

有机分散剂主要是烷醇胺类和多元醇（即常用的有三乙醇胺）、二异丙醇胺、山梨糖醇、甘露糖醇等；无机分散剂主要是六偏磷酸钠、焦磷酸钠、碳酸钠、碳酸二氢铵、偏硅酸钠等。

通常使用六偏磷酸钠和偏硅酸钠最多。

六偏磷酸钠对微细分散体中的固体粒子有很强的分散作用，因为它是一种直链的多磷酸盐玻璃体，其中n为20-100能与分散介质中钙、镁、亚铁等金属离子生成可溶性的配位化合物，起到遮蔽多价阳离子，防止这些带正电荷的离子与带负电荷的二氧化钛产生电中和而凝聚在一起，其分子结构式如下。

氯化法钛白浆料pH值为2. 3左右，呈酸性。

大多数工厂都采用偏硅酸钠作分散剂调整pH值达到9-11，以达到最佳分散效果。

作分散剂的偏硅酸钠又是包硅膜的一部分，在定量加人后，尚未达到最佳pH值时，可以加人离子膜碱液协助调整pH值到达终点。

近几年，国内金红石型钛白粉产品的产量和产能扩大，进入市场后的信息反馈使生产厂家逐渐认识到，分散单元在后处理中是非常重要的工序，分散的好坏直接影响到湿磨后浆料分级的效果，特别是影响包膜的质量。

分散不好，再好的包膜配方也不能生产出满足用户要求和使用性能优良的产品，所以分散的作用应该引起人们充分重视。

分散操作要非常重视以下几种影响分散的因素：①前工序产出的二氧化钛粒度和形态；②制浆的水质要好，选用去离子水，体积电阻率不低于20000Ω·cm;③浆液的pH值是控制分散好坏的重要条件，根据后处理的情况，可以通过小型试验确定最佳pH值（通常为9-11）；④分散剂的选择和用量，也可以通过工业实践确认，通常用量不超过粉料量的1％；⑤浆液的浓度要合适，通常浆液中固体物料为600-1200g/L;⑥分散罐的力学性能如机械搅拌的强度等。

湿磨是后处理中一道重要的工序，不仅硫酸法需要，氯化法也同样需要，国外大型氯化法工厂湿磨的环节往往是一点不能忽视的。

湿磨与水选法比较，为获得粒度细而均匀的浆料，在相同的条件下湿磨生产能力是水选法的1. 5-2. 0倍。

湿磨的作用就是进一步磨碎在上道工序产生的聚集粒子、附聚粒子和絮凝粒子。

因其粒子间的结合力非常弱，很容易通过机械研磨的方式把它们打开，在分散剂的作用下，可防止它们再聚凝在一块。

这样可使一些较粗大的粒子经研磨达到具有应用性能的粒度范围（一）。

湿磨设备主要包括球磨机、振动磨、砂磨机。

由于前道工序的进步，金红石型产品的湿磨设备主要选用砂磨机。

它是用途较广泛的亚微米级的湿磨设备，就研磨细度而论仅次于胶体磨。

砂磨机有立式和卧式两种，并有开放式和加压式两种操作模式。

国内立式砂磨机有从美国进口500L的产品，同时也有从德国进口1000L的卧式砂磨机。

立式砂磨机的结构如图1所示。

立式砂磨机的立轴附带旋转盘，和下端固定的平衡器垂直吊装在筒体内，立轴与上部电动机相联结。

筒底部有底筛和逆止阀，圆筒上部有顶筛，筒体内装有一定量不同粒径的沙子作为研磨介质。

筒体外层有夹套，可通人冷却水冷却。

工作原理：欲分散研磨的料浆经计量泵从磨机底部的底阀打人筒体内。

电动机带动主轴上的旋转盘、平衡器旋转，使筒体内的沙子和浆料强烈搅动。

在相互间摩擦、研磨、剪切作用下实现分散和粉碎的目的。

沙子和料浆被旋转盘带动并甩向筒体内壁。

在两个旋转盘之间，形成一个滚动的环，它能产生极好的分散效果。

料浆被研磨后被连续打进浆料逐渐顶人顶筛，细浆料从筛孔溢出汇集在溜槽流人收液罐。

砂磨机具有高效分散作用和较强的粉碎作用，是制备高分散体的主要设备，被广泛应用。

国内龙蟒、漯河等企业引进德国耐驰公司生产的1000L卧式砂磨机应用效果很好。

影响砂磨机工作效率的因素如下。

①研磨介质沙子的粒径为。

粒径太小研磨作用较差，并且要求为出口筛网缝隙大小的2. 5倍以上。

粒径太大介质颗粒数量少、空隙大，研磨作用得不到充分发挥。

并且要求粒径要小于旋转边缘到筒体之间距离的1/4。

②研磨介质的装填量、工作时沙子与料浆的体积比为1：1。

首次装填量为筒体高度的2/3,密闭立式占70%-80％，开放立式占60%-70％；卧式占80％一85％。

装人的沙子少，研磨效率下降；沙子装得过多，沙子和料浆的混合物难以搅动，有“冻结”现象，易在旋转盘上滑动，消耗功率高，研磨效果差，并且易使轴、旋转盘、筒体衬里磨损严重。

③旋转盘的转速通常使其周边线速度达到(610±30)m/s,当使用氧化锆珠时其密度较大，旋转盘的边缘线速度可以低一些，可以获得满意的研磨分散效率。

这是一个很重要的参数。

进口PM500-N立式砂磨机，其主要参数为：电机功率186425W，转速680r/min。

砂磨机的内衬要求耐磨性强，进口设备一般采用聚丙烯内衬。

立轴、旋转盘、平衡器表面用聚氨醋橡胶作防护层。

这种材料弹性好，耐磨性能比天然橡胶高9倍，比丁苯橡胶高1-3倍，且很容易修补，非常适用。

国内砂磨机容积较小，筒体采用钢渗碳提高硬度，通常没有衬里。

砂磨机的研磨介质除沙子外，可选用玻璃珠、氧化铝陶瓷珠和氧化锆珠。

国外大型砂磨机多采用氧化锆珠。

电炉法和高温焙烧工艺生产的氧化锆珠细度均匀、表面光滑、硬度高而且规格多，是理想的砂磨机湿磨用磨料。

国内已有如Nanor Zir,宜兴九州研磨介质厂等多家生产。

其主要技术指标见表2。

表2 氧化锆珠主要技术指标性能指标主要成分ZrO2，%；SiO2，%硬度（莫氏）~（金红石型TiO2为6~）相对密度粒径/mm ~砂磨机常出现的故障是沙子上浮堵住顶筛的孔，造成出料困难；造成原因是进料量大、沙子易碎、细粒较多；此外也与分散剂、pH值控制得不好、研磨后重新出现絮凝现象有很大关系。

通常用毛刷刷洗或用水反复冲洗处理。

国内龙蟒、漯河等企业引进德国耐驰公司生产的1000L卧式砂磨机应用效果很好。

下面给出德国耐驰公司LME 圆盘卧式砂磨机主要技术参数供参考（见表3）。

经湿磨后的二氧化钛粒子通常控制在＜5μm。

为进一步得到一定粒度分布的二氧化钛分散体，需要对磨后料浆进行分级。

颜料级钛白粉不希望有5μm以上的粗颗粒，化纤钛白要求更高，不希望有2μm以上的粗颗粒。

所以必须经过分级解决这一工艺问题。

分级有干法和湿法两种，与干法相比较湿法虽然分离速度比干法（气流分级）慢、能耗高，但它在分级后可以使粒子始终保持分散状态，不絮凝、不粘壁、无需二次制浆，可以直接进行包膜，因此无论硫酸法还是氯化法的后处理皆采用湿法分级。

湿法分级可分为以下几种方式：①重力型沉降分级器，水选罐、道尔型沉降桶、增稠器等；②离心式分级器，水力旋流器、卧式螺旋卸料沉降式离心机；③振动筛分式分级器。

重力型沉降分级器主要采用水选罐，根据斯托克斯公式计算出粒子的沉降时间和沉降高度，然后在确定的高度下把不同粒径大小、分布不一样的悬浮物分开。

这种方法设备简单、操作容易。

缺点是间歇操作、沉降时间长、水选率低，并且受悬浮液分散稳定状态制约。

国外采用道尔型水力沉降器(Dorr hydroseparator)，工作原理与一般道尔型沉降桶相似。

分离粒径可以达到＜μm。

这种设备虽然可以连续操作，但是设备笨重、占地面积大、浆液浓度稀，同水选罐一样因技术落后目前几乎没有人采用。

离心式分级器中的水力旋流器和卧式螺旋卸料沉降式离心机是在铁白行业中使用最多的两种离心分级设备。

水力旋流器类似一般的旋风分离器，材料通常选用质地坚硬的刚玉或95陶瓷（莫式硬度可达到9），工业上一般数十只一组并联操作，经旋流分级后的底流粗粒重返砂磨机研磨。

水力旋流器的结构如图2所示。

主体包括圆筒和锥体两部分。

进料口呈切线在筒体上部，料进人后高速旋转，靠离心力把粗颗粒甩到筒壁上，在料液的推力下沿筒壁下移从底部流出，而中心的细料浆沿溢流管上升流出，实现分离。

分级粒度可达5μm,分离效率可达75％以上。

水力旋流器的优点如下：①构造简单，成本低廉；②本身无动部件，安装维护操作方便；③体积小，生产能力大；④分离的颗粒范围宽；⑤可以连续操作。

水力旋流器的缺点如下：①由于悬浮液在水力旋流器内高速旋转运动，磨损得比较严重，特别是圆锥部及底部流嘴更严重；②动力消耗比较大；③在小型、超小型旋流器中使用时，如果浆料中有异物或粗颗粒较多，易出现堵塞底部流嘴出口现象，需要用水冲洗。

系统适于连续操作，停产后应该用清水把供料系统、旋流器等冲洗干净，避免下次开车积料或管路中积块堵塞旋流器。

卧式螺旋卸料沉降式离心机是一种连续操作的沉降式离心机，拥有性能优越的液固分离装置，可以在全速下进料、沉降、干燥、洗涤和螺旋卸料，功能较多。

用作分级设备，可分离出粒径3～5μm,要求离心机有较高的转速来实现分离因数。

如Super-D-can-ters牌号P-300型离心机，分离因数为3200，最高转速达4000r/min,功率消耗为30kW 。

用于钛白可分离出40％的粗颗粒，分级粒度用加料速度和转鼓转速来调控。

振动筛这类机械分级器适用于氯化法钛白工艺，因氯化法钛产品粒度细、粒度分布窄，料浆经过分散研磨后主要是去除个别的粗颗粒物诸如砂磨机中带出的细沙粒和太粗的Ti02颗粒之用。

筛出的粗颗粒料浆经水冲洗再返回砂磨机重新湿磨。

分散、湿磨、分级的典型设备流程如图3所示。

据考察，国外氯化法钛白生产厂多采用这种工艺流程。

国内硫酸法也借鉴了这种流程。

（二）包膜工艺及设备二氧化钛表面处理技术（包膜技术）是后处理核心技术。

表面处理决定产品的使用性能、适应范围。

表面处理技术是国内外生产商非常重视并大力进行研发的课题。

1.表面处理作用及分类(1) Ti02表面处理的作用二氧化钛虽然具有优良的光学和某些颜料特性，但未经表面处理的初始钛白颗粒，仅在塑料上有少量应用。

随着科学技术的进步，人们要求的提高，在涂料、塑料、化纤方面更不能直接使用。

相关问题如下：①未经表面处理的钛白粉在很多涂料的介质（基料）中不能很好地分散，致使着色力、遮盖力差；②制成品不耐日晒雨淋、容易失光、颜色变黄、粉化等，即大家所说的耐候性、抗老化性能差；③对于像化纤钛白、对光和热敏感性等一些个性要求更无法满足。