鈦白粉學名為二氧化鈦(titanium dioxide),分子式為TiO2,是一種多晶化合物,其質點呈規則排列,具有格子構造。目前鈦白粉被認為是世界上性能最好的一種白色顏料,廣泛應用于涂料、塑料、造紙、印刷油墨、化纖、橡膠及化妝品等工業。
二氧化鈦納米粉作為一種新型的無機功能材料,這種新型無機材料的粒徑僅為普通TiO2的1/10左右,多為10~50nm,具有十分寶貴的光學性質。因其具有比表面大、表面活性高、光吸收性能好且吸收紫外線的能力強等獨特的性能,使得它在催化、陶瓷、涂料、塑料、防曬化妝品、化纖及環境工程等眾多領域具有廣闊的應用前景。二氧化鈦在自然界中存在3種結晶形態:金紅石型、銳鈦礦型和板鈦礦型。其中金紅石型二氧化鈦因折射率高,耐候性、熱穩定性和化學穩定性優越,而廣泛用于塑料、油墨、白色顏料和高級轎車金屬面漆等。
金紅石型鈦白粉濕磨工藝所用的主要設備為砂磨機、球磨機、膠體磨等。其中砂磨機具有高效分散和較強的粉碎作用,廣泛用于鈦白粉生產中。砂磨機分為立式砂磨機和臥式砂磨機兩種,本文以臥式砂磨機為超細研磨設備。
1實驗
1.1原料
實驗用金紅石型鈦白粉粉體原料由四川攀枝花鈦業股份有限公司提供,其初始粒度D50=0.56μm,D97=25.41μm。
1.2試劑與介質
實驗所用助磨劑為美國陶氏化學生產的聚丙烯酸樹脂,產品型號為Acumer9460,化學結構式為(C3H4O2)n,為黃色透明粘稠狀液體。研磨介質選用0.6-0.8mm的氧化鋯。
1.3主要儀器與設備
選用臥式砂磨機(北京瑞馳拓維公司生產,型號為MINI-easy)對金紅石型鈦白粉進行超細研磨;樣品的粒度測試采用粒度分布儀(遼寧丹東百特公司的BT-1500離心沉降式粒度分布儀)。
2結果與討論
2.1介質填充率對研磨效果的影響
選取介質填充率為65%、67.5%、70%、72.5%、75%,礦漿濃度50%,助磨劑添加量0.4%,在2250r/min的磨機轉速下研磨25min,產品粒度如圖2.1所示。
由圖2.1可知,介質填充率在65%~70%的范圍內,產品粒度D50和D97出現了先緩慢上升后迅速下降的趨勢;在70%~75%的范圍內,產品粒度隨磨機轉速的增大而明顯增加再小幅下降;當礦漿濃度為70%時,產品粒度達到最細,其D50和D97分別為0.24μm和0.89μm。故最佳的研磨介質填充率為70%。
2.2磨機轉速對研磨效果的影響
在介質充填率為70%,礦漿濃度50%,助磨劑添加量0.4%,分別取不同磨機轉速2050、2150、2250、2350、2450r/min的條件下研磨25min,產品粒度如圖2.2所示。
由圖2.2可知,磨機轉速在2050~2250r/min的范圍內,產品粒度D50和D97出現了先緩慢上升后迅速下降的趨勢;在2250~2450r/min的范圍內,產品粒度隨磨機轉速的增大而明顯增加;當磨機轉速為2250r/min時,產品粒度達到最細,其D50和D97分別為0.24μm和0.89μm。所以取2250r/min的轉速為最佳的磨機轉速。
2.3礦漿濃度對研磨效果的影響
選取礦漿濃度45%、47.5%、50%、52.5%、55%,介質填充率70%,助磨劑添加量0.4%,在2250r/min的磨機轉速下研磨25min,產品粒度如圖2.3所示。
由圖2.3可知,礦漿濃度在45%~50%的范圍內,產品粒度D50和D97出現了先緩慢上升后迅速下降的趨勢;在50%~55%的范圍內,產品粒度隨磨機轉速的增大先明顯增加再緩慢減小;當礦漿濃度為50%時,產品粒度達到最細,其D50和D97分別為0.36μm和0.77μm。故而取50%的礦漿濃度為最佳。
2.4助磨劑添加量對研磨效果的影響
選取助磨劑添加量0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%,介質填充率70%,礦漿濃度50%,在2250r/min的磨機轉速下研磨25min。產品粒度如圖2.4所示。
由圖2.4可知,助磨劑添加量在0.2%~0.4%的范圍內,產品粒度D50 隨助磨劑添加量的增加而平穩下降,D97出現了先緩慢上升后迅速下降的趨勢;在0.4%~0.6%的范圍內,產品粒度D50和D97隨磨機轉速的增大先明顯增加再緩慢減?。划數V漿濃度為0.4%時,產品粒度達到最細,其D50和D97分別為0.25μm和0.93μm。故而取0.4%的助磨劑添加量為最佳。
2.5研磨時間對研磨效果的影響
在介質填充率70%,礦漿濃度50%,助磨劑添加量0.4%,磨機轉速為2250r/min的條件下分別研磨原礦20、22.5、25、27.5、30min。產品粒度如圖2.5所示。
由圖2.5可知,D50在0.5μm左右浮動,且變化幅度很小。而D97在研磨時間為20~23.5min的范圍內由0.48μm迅速增加到約2.3μm;在研磨時間為23.5~30min范圍內則緩慢減小到2.02μm。由于D97是主要考察指標,而且也要考慮能耗,故確定最佳研磨時間為20min。
3結論
1) 以0.6-0.8mm的氧化鋯為研磨介質,在介質充填率70%,磨機轉速2250r/min,礦漿濃度50%,助磨劑添加量0.4%,磨礦時間20min時所得產品粒度最小。
2)在最優工藝條件下處理后的金紅石型鈦白粉,其產品粒度D50由0.56μm減小到0.48μm,D97由25.41μm減小到1.07μm。
本文作者:李朝陽,王騰宇,鄭水林,演陽(中國礦業大學(北京)化學與環境工程學院,北京 100083),文章收錄在第十五屆全國非金屬礦加工利用技術交流會論文集中)
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