氯化法钛白粉脱氯工序对钛白粉初品分散性的影响研究

2021-07-20杨显猴

四川冶金 2021年3期

杨显猴，李培，梁波

(宜宾天原海丰和泰有限公司，四川宜宾 644200)

钛白粉是目前世界上性能最佳的白色颜料之一，在相关应用领域中尚无可替代品，广泛应用于涂料、塑料、造纸等行业[1-3]。目前工业化的钛白粉制造工艺主要分为硫酸法与氯化法，而这两种工艺均需将获得的钛白粉初品进行后处理改性，提高钛白粉各项性能。目前常用的后处理改性工艺是湿法改性，其中氯化法钛白粉湿法改性需经过打浆、脱氯、分散、砂磨、分级、包膜、压滤、闪干、气粉等获得成品，而钛白粉初品浆料分散性好坏对最终钛白粉性能有着重要的影响[4-5]。由于钛白粉初品原粒粒径小，表面自由能高，易团聚,当其浆料分散性差时，在砂磨、分级后易再次团聚，则在包膜过程不能有效进行单颗原粒表面沉积改性，经气粉粉碎后，表面未包覆的地方暴露出来，最终影响产品耐候性以及其他性能[4]。另外，钛白粉初品良好的分散性拥有较低的粘度，在低粘度环境下，会提高砂磨效果。因此，为制备性能优异的钛白粉，保持钛白粉初品浆料良好的分散性是必要的。

目前，对钛白粉初品浆料分散性的研究，主要集中在分散工序中工艺参数对分散性的影响，如pH、分散剂种类、分散剂用量、搅拌速度、搅拌时间以及钛白粉初品浆料浓度等，以寻求最佳的分散工艺条件来提高钛白粉初品浆料的分散性[6-10]，而极少研究分散工序前端工序对钛白粉初品分散性的影响。本实验通过研究脱氯工序的工艺参数，主要是考察双氧水用量(即脱氯程度)与钛白粉初品浆料中氯气含量对钛白粉浆料分散性的影响，对认识前端工序对分散性的影响具有一定意义，并对前端工序提出相关建议来保障钛白粉初品的分散性。

1 实验部分

1.1 实验原料

实验所用的原料包括：未包膜的钛白粉初品，宜宾天原海丰和泰有限公司；双氧水，重庆俊恒化工有限公司，分析纯；氢氧化钠，宜宾天原海丰和泰有限公司，工业纯；六偏磷酸钠，青州市裕丰化工有限公司，工业纯。

1.2 实验设备

实验室高搅分散机：佛山市锐勒机械有限公司；FE28-Standard型pH计：梅特勒-托利多；DT-300系列高浓度Zeta电位分析仪：美国分散科技公司；电子天平：LTT002E电子天平：常熟市天量仪器有限公司。

1.3 实验方法

称量一定量现场未脱氯的钛白粉初品加入到分散机中，开启搅拌，控制搅拌速率为400 r/min，随后加一定量双氧水进行脱氯，脱氯30 min后，得到预分散浆料。接下来向预分散浆料加入0.2%(占TiO2质量)的40 g/L(以P2O5计)六偏磷酸钠溶液，然后立即加入pH调节剂氢氧化钠将pH调至10.0左右，最后再搅拌30 min，得到分散浆料，取样进行沉降速率以及Zeta电位测试。实验中，只变双氧水用量，且每组双氧水用量平行试验两次，考察不同双氧水用量对钛白粉初品分散浆料的沉降速率以及Zeta电位的影响。

1.4 表征方法

采用DT-300系列高浓度Zeta电位分析仪分析钛白粉初品分散浆料Zeta电位；采用沉降法分析钛白粉初品分散浆料分散稳定性。

2 实验结果与讨论

2.1 不同双氧水用量对分散浆料分散性的影响

通过不同双氧水加入量对分散浆料的沉降速率与zeta电位进行考察，实验结果见图1、图2所示。从图1可以看出，随着双氧水加入量的增大，分散浆料同等时间沉降后的上清液体积基本相同，即沉降速率接近，可知不同脱氯程度对沉降速率无明显影响。另外，由图2可以看出，随着双氧水加入量的增大，分散浆料的Zeta电位值基本相同，可知不同脱氯程度对分散浆料的Zeta电位无明显影响。综合以上结果，可知脱氯程度对分散浆料的分散性无明显影响。就此，进行原因分析。由于Cl2进入到钛白粉初品浆料中发生如下反应：

图1 不同双氧水用量对钛白粉初品分散浆料沉降速率的影响

图2 不同双氧水用量对钛白粉初品分散浆料Zeta电位的影响

Cl2+H2O = HCl+HClO(可逆反应)

而双氧水脱氯反应如下：

ClO-+H2O2= Cl-+O2+H2O

可知，脱氯反应主要是把具有较强氧化性的次氯酸、次氯酸盐还原成稳定的氯化物，而氯化物含量由进入浆料中氯气的量决定。当未进行脱氯处理时，钛白粉初品浆料中的氯主要以Cl2、Cl-、ClO-存在，当后续用氢氧化钠进行分散调节时，会发生如下反应：

NaOH+HCl = NaCl+H2O
NaOH+HClO=NaClO+H2O
Cl2+H2O = HCl+HClO

可知，随着酸碱中和反应的进行，HCl与HClO不断被消耗，使氧化浆料中的Cl2继续生成HCl与HClO，最后Cl2被消耗完，完全生成氯化盐与次氯酸盐，其含量由进入钛白粉初品浆料中氯气的量决定。由此可见，含有相同氯气含量的钛白粉初品浆料的不同脱氯程度对浆料分散后产生的盐分含量无影响，则在同一分散条件下,盐分含量对分散后浆料造成的粘度影响程度是一致的，即分散性无明显影响。

2.2 钛白粉初品浆料中不同氯气含量对分散浆料分散性的影响

接下来，我们考察了钛白粉初品浆料中不同氯气含量对分散后浆料分散性的影响。首先对钛白粉初品进行了长期空气中放置，除尽Cl2，随后配置成2 L的400 g/L钛白粉初品浆料，随后加入不同量的Cl2，然后再进行脱氯、分散实验，测分散浆料的电导率与Zeta点位。结果如表1所示，并作图3与图4。

图4 氯气含量对分散浆料Zeta电位的影响

表1 不同氯气含量的钛白粉初品浆料的电导率与Zeta点位

图3 氯气含量对分散浆料电导率的影响

通过实验结果可知，氯气进入氧化浆料含量越多，会导致分散后盐含量越高，电导率增大，Zeta电位绝对值减小，即分散性变差。因此，在氧化工段进行气固分离TiO2与Cl2时，应确保有效分离，防止过量氯气进入浆料中。此外，在氧化反应器工序加岩盐清除结疤物料时，也需严格控制岩盐含量，在有效除疤的前提下，尽量减少岩盐的加入量。