PYD—01分散剂在二氧化钛粗品分散体系中的应用研究

熊明锡

摘 要：开展PYD-01替代硅酸钠、单异丙醇胺等分散剂的研究，进行PYD-01分散剂不同配比的工业试验，论证PYD-01分散剂在二氧化钛粗品分颜料散体系中的最佳加入量以及PYD-01对废水中氨氮含量影响。以确保二氧化钛的分散体系高含量、低黏度的稳定运行，达到较佳的分散效果。

关键词：二氧化钛；分散剂；分散效果

引言

二氧化钛是一种重要的化工原料，是目前工业领域中最好的白色颜料。广泛应用于涂料、塑料、油墨和造纸等工业领域[1]。

在硫酸法金红石钛白粉生产雷蒙制浆过程中，常用的分散剂通常用六偏磷酸钠、单异丙醇胺和氢氧化钠等单配或复配而成[3]。其加入量为3‰，料浆浓度为500～550g/L，黏度为350～450cP。在此基础上提高料浆浓度，则黏度迅速增大影响浆料的分散，进而影响包膜质量和产品质量。因此，通过工业试验论证二氧化钛粗品的分散体系高固含量、低黏度的稳定运行，确定PYD-01分散剂在二氧化钛粗品分散体系中的最佳加入量。对提高产品产量和质量、减少废水中氨氮含量，降低生产运行成本都具有重要的意义。

1 工业试验部分

1.1 试验原理及目的

二氧化钛颜料分散稳定的机理是DLVO理论。DLVO理论的基础是颜料胶体粒子带电，形成双电层，由于电荷斥力，构成了分散体系的稳定性[2]。PYD-01是一种中等模量的阴离子钠盐共聚物。与带阳离子的二氧化钛粒子相互吸引（二氧化钛粒子由于吸引被斥开），使体系处于分散的稳定状态。PYD-01作为分散剂用于高固含量、低黏度的钛白分散体系并保持体系的稳定，有利于后续的砂磨分散和表面处理工序运行。同时，PYD-01本身不含氨氮，替代单异丙醇胺作为分散剂，可以降低废水中的氨氮含量，更有利于环保工作。

1.2 检测设备

pH计（型号：DELTA320，梅特勒-托利多）；黏度计（型号：Ku-2，美国博力飞）；在线氨氮分析仪（型号：RENQI，昆仑测控）；天平及量筒等器具。

1.3 试验

1.3.1 PYD-01分散剂配制

（1）开启除盐水阀门向分散剂配制罐（体积1000L）加入一定量的除盐水，待淹没桨叶时启动搅拌器；（2）打开配制罐上的蒸汽阀将水加热到70℃后关闭蒸汽阀；（3）由加料漏斗加入50kg六偏硫酸钠，搅拌30min，再经加料斗加入50kg PYD-01，搅拌30min，最后由加料斗加入5kg氢氧化钠，再加入除盐水使溶液体积为750L，搅拌60min；（4）PYD-01配制和使用环境温度高于10℃。该产品在极端温度条件下被冻结，在使用前加热到40℃并充分搅拌。

1.3.2 试验方案

本次试验采用同一批次TiO2粗品作为基料，用除盐水进行打浆，批次操作，在每批打体积固定为4～6m3，制浆浓度590～650g/L的基础上，通过调整分散剂的加入量，比较浆料的浓度、pH值、黏度和废水中的氨氮含量，并核算其运行成本，最终确定PYD-01分散剂在二氧化钛粗品分散体系中的最佳加入量。

1.3.3 试验过程

（1）向打浆罐内加入除盐水2m3，并按3‰（或2‰、2.8‰）比例加入PYD-01分散剂；（2）启动搅拌，搅拌10min；（3）打开5#螺旋输送机的插板阀，启动螺旋输送机使其正转，同时关闭螺旋输送机到包装机的插板阀，将TiO2粗品（约2.4t）均匀加入打浆罐内后关闭螺旋输送机和插板阀；（4）打开除盐水阀加入除盐水（约1.2m3），搅拌60min，检测记录浆料浓度、pH值、粘度和氨氮排放量；（5）打開放料阀向浆料储罐放料。

2 试验结果与讨论

在相同工艺条件下，分三个阶段进行工业试验，每个阶段打浆10批次，第一阶段分散剂加入量为3‰（108L），第二阶段分散剂加入量为2‰（72L），第三阶段分散剂加入量为2.8‰（101L），其试验结果如下：

分散体系的浓度：第一阶段，浓度范围：560～660g/L，波动幅度大；第二阶段，浓度范围：570～635g/L；第三阶段，浓度在600～645g/L范围内波动，与试验浓度控制指标590～650g/L接近。

分散体系的黏度：第一阶段，分散体系黏度范围：200～650cP，波动幅度大，浆料黏稠，有颗粒状物；第二阶段，分散体系黏度范围：170～340cP，波动较大，浆料无黏稠状，分散较好；第三阶段，分散体系黏度范围：270～330cP，波动较小，浆料无黏稠状，分散效果好。第二阶段和第三阶段分散体系黏度基本满足试验控制指标≤360cP 的要求。

分散体系的pH值：第一阶段，分散体系pH值范围：9.8～11.3；第二阶段，分散体系PH值范围：9.5～10.4，其中PH值<10占70%，PH值偏低；第三阶段，分散体系pH值范围：9.8～10.7，其中pH值>10占60%，基本满足试验控制指标9.7～10.8要求。

2.1 环保指标分析

PYD-01分散剂本身不含氨氮。试验之前采用单异丙醇胺作为分散剂时，根据氨氮在线监测数据统计结果显示最大值为10.6mg/L，平均值为5.22mg/L。采用PYD-01替代单异丙醇胺作为分散剂时，氨氮在线监测数据统计结果显示最大值为5.6mg/L，平均值为2.06mg/L。由此可以看出，使用PYD-01可以有效降低排放废水中的氨氮含量，更有利于环保工作。

2.2 经济成本分析

根据以上工业试验数据分析，PYD-01加入量为2.8‰时，打浆浓度在控制范围（590～650g/L）之内，黏度<360cP且波动较小，浆料无黏稠状，分散效果好，pH值也在控制范围（9.7～10.8）之内。按照此种方案，每吨TiO2分散剂PYD-01用量1.18Kg，成本约为19.74元。而采用单异丙醇胺时，每吨TiO2分散剂用量1.15Kg，成本约为37.84元。由此可见，采用PYD-01替代单异丙醇胺作为分散剂，其生产运行成本更低。

3 结束语

（1）PYD-01加入量为2.8‰为宜，打浆浓度在600～645g/L范围内波动，黏度270～330cP，pH值在9.8～10.7，波动较小，浆料无黏稠状，分散情况较好。

（2）采用PYD-01替代单异丙醇胺作为分散剂，生产运行成本更低，且废水中氨氮含量排放减少，更有利于环保。

参考文献

[1]杨成.钛白后处理中TiO2浆料分散性优化试验研究[J].钛工业进展，25（4）：42-44.

[2]周俊.浅析单异丙醇胺在雷蒙打浆工序中的应用研究[A].2010年钛白年会·论文集，2010.

[3]陈朝华，刘长河.钛白粉生产及应用技术[J].北京：化学工业出版社，2005.