鈦白粉學(xué)名為二氧化鈦(TiO2),是一種白色無機(jī)顏料,具有無毒、極佳的不透明性、白度和光亮度等特點(diǎn),被認(rèn)為是目前世界上性能最好、最重要的一種白色顏料,鈦白粉占全部白色顏料使用量的80%以上,廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、造紙、印刷油墨、化纖、橡膠和化妝品等行業(yè)。
為什么要進(jìn)行后處理?
當(dāng)前金紅石型鈦白粉的生產(chǎn)主要有兩種途徑:硫酸法和氯化法。二者相較之下,多數(shù)情況下都傾向于使用氯化法,因?yàn)榱蛩岱ㄔ斐晌廴据^為嚴(yán)重同時成品質(zhì)量不高。然而這兩種方法雖然在具體的實(shí)施中有著細(xì)節(jié)性的不同,但大體的生產(chǎn)過程都是一致的,都是由鈦白粉基料的生產(chǎn)以及對其進(jìn)行后處理加工兩部分構(gòu)成。
后處理加工是對鈦白粉基料進(jìn)行表面處理,克服二氧化鈦粉體存在的一些固有缺陷(如光化學(xué)活性),防止二氧化鈦與光、空氣、水的直接接觸,提高產(chǎn)品的光澤度、白度和耐候性等。而當(dāng)前國內(nèi)的鈦白粉后處理工藝還不成熟,很多企業(yè)出于規(guī)避麻煩和節(jié)省成本的目的,選擇粗糙性的處理,有些極端的直接就刪除了后處理這一不可或缺的環(huán)節(jié),基料生產(chǎn)完成后直接進(jìn)行使用和銷售。這種做法極大降低了鈦白粉的工業(yè)價值,因此,如何改進(jìn)后處理的工藝成為重要研究方向。
后處理工藝
當(dāng)前國內(nèi)一般的鈦白粉后處理工藝流程如圖所示:
1、研磨
研磨又稱為研磨分散,該工序是將加入分散劑分散后的TiO2漿料進(jìn)行機(jī)械研磨,目的是使團(tuán)聚在一塊的TiO2顆粒分離成單個粒子。常用的機(jī)械研磨設(shè)備為振動磨、珠磨和砂磨。經(jīng)過研磨后的鈦白粉顆粒呈球狀,沒有棱角,在2μm以下的粒徑比較集中,對于氯化法鈦白粉研磨后的目標(biāo)粒徑通??刂圃?.2~0.4μm范圍內(nèi)。
2、分級
分級即將經(jīng)過研磨的漿料中的大顆粒物料分離出來,進(jìn)一步控制鈦白粉的粒徑,使鈦白粉粒子達(dá)到原級粒子狀態(tài),滿足包膜的要求。國內(nèi)廠家普遍使用重力水選的方法對鈦白粉粒子進(jìn)行分級,但這個方法效率低,產(chǎn)能小,而且難以控制產(chǎn)品的粒徑分布。
3、包膜
包膜即表面處理,這是整個后處理工藝中的核心步驟也是難點(diǎn)所在。當(dāng)前包膜的方法種類較多,如圖所示。而國內(nèi)一般是在包膜罐中,利用化學(xué)反應(yīng)在分級后的粒子表面形成一層薄膜,而后通過添加不同的包膜劑以及改變反應(yīng)時的相關(guān)條件,從而得到各種型號的鈦白粉成品。但由于國內(nèi)包膜產(chǎn)業(yè)起步較晚,技術(shù)生產(chǎn)條件相對不足,因此包膜的整體水平還有待提高。
4、洗滌
經(jīng)過表面處理后,TiO2漿料的表面在反應(yīng)過程中會附著少許水溶性鹽,特別是氯化物鹽類的氯根,這些都將嚴(yán)重影響產(chǎn)品的應(yīng)用性能(如耐候性、白度等),所以必須采用水洗的方式將鹽類除去。國內(nèi)廣泛采用的洗滌設(shè)備是葉濾機(jī)。葉濾機(jī)洗滌方案工藝流程簡單、投資少、操作要求不高,設(shè)備易于維修。但洗滌水耗高,濾餅的含固量低(35%~40%),且需要消耗大量的燃料,最終表現(xiàn)為生產(chǎn)成本高。
5、干燥
鈦白粉結(jié)束洗滌和過濾后,里面含有大量的水分,需要對其進(jìn)行干燥處理。常見的生產(chǎn)工序中,主要有旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥、帶式干燥以及噴霧干燥。噴霧干燥的熱利用率比較高,不過只適合固含量低的物料,而帶式干燥的熱利用率低,且出料凝聚塊的直徑比較大,會給后續(xù)處理工藝增加麻煩。旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥所使用的干燥機(jī)是一種連續(xù)式干燥設(shè)備,其對熱的利用率很高,不過,國內(nèi)鈦白粉生產(chǎn)廠主要使用煤氣為干燥機(jī)提供燃料,其對煤氣有較高的要求,要求煤氣中的硫和灰含量都比較低。
6、粉碎
經(jīng)干燥后收集下來的鈦白粉大都是粒子聚集物,需要粉碎后才能使粒度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求,從而獲得盡可能高的不透明度及遮蓋性能。由于沒有合適的超微粉碎設(shè)備,國內(nèi)一些鈦白粉廠家直接取消粉碎的工序,干燥后的鈦白粉即成為成品。即使少數(shù)廠家有粉碎工序,其粉碎后的產(chǎn)品質(zhì)量也達(dá)不到國際要求。
后處理工藝的改進(jìn)
1、分級工藝的改進(jìn)
不同于國內(nèi)主流的重力水選法,國外多數(shù)使用水力旋流器進(jìn)行分級處理,這種處理方法在極大提升分級效率的同時,也可以使得分級出的粒子的質(zhì)量也有極大地提升,使其能夠更好的進(jìn)入到下一步包膜的工序之中。以往的分級工藝分離出的粒徑>20μm的粒子占比小于0.005%,>2μm的粒子占比小于0.1%,而這種相對先進(jìn)的分級工藝可以使得粒徑達(dá)到>20μm的粒子占比小于0.001%,>2μm的粒子占比小于0.05%,同時可以保證粒徑整體的合格率在99.95%。而這個合格率已經(jīng)是相當(dāng)精細(xì)的水準(zhǔn)了。鑒于其多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn),國內(nèi)近段時間也開始積極引進(jìn)相關(guān)設(shè)備,對以往一直使用的分級工藝進(jìn)行改進(jìn),改用這種先進(jìn)的方法進(jìn)行分級處理。
2、包膜工藝的改進(jìn)
鈦白粉后處理中最關(guān)鍵的工序之一就是包膜,選擇包膜罐時,最好選擇大型包膜罐。國外包膜工序由全自動控制完成,通過DCS系統(tǒng)來操作整個包膜過程,DCS系統(tǒng)首先會根據(jù)包膜的配方進(jìn)行計算,并在控制系統(tǒng)中進(jìn)行演示,通過計算結(jié)果來進(jìn)行包膜,等到包膜結(jié)束后,再次對包膜工藝的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行計算,再次修正。該全自動控制通過數(shù)據(jù)計算并修正,精確控制了包膜劑的加入量,進(jìn)而使產(chǎn)品的質(zhì)量更加穩(wěn)定,同時極大地降低了人力成本,提高了生產(chǎn)效率和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
參考來源:
[1]王永珊等.金紅石型鈦白粉后處理工藝技術(shù)分析.
[2]張成國.金紅石型鈦白粉后處理工藝技術(shù)研究
[3]姜亞玲.金紅石型鈦白粉后處理工藝技術(shù)進(jìn)展
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