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如何提高钛白粉的白度?


来源:中国粉体网   平安

[导读]  钛白粉的白度是什么?有哪些影响因素?如何提高钛白粉的白度?

中国粉体网讯  在钛白粉的各项指标中,白度是比较重要的指标之一,由于钛白粉的白度较高,因此被称为“白色之王”,但是钛白粉的白度并非定值,而是根据生产方法和工艺参数改变的,当然白度是越高越好。那么,钛白粉的白度是什么?有哪些影响因素?如何提高钛白粉的白度?粉体网小编在梳理了已有的研究资料之后作出以下整理。



1、白度的定义

白是具有光反射比高和色饱和度低的特殊颜色属性,是基于目视感知而判断反射物体所能显白的程度。白色位于色空间中相当狭窄的范围内,它们与其他颜色一样,可以用三维量(即光反射比Y、纯度C、主波长λ)来表示,但人们却习惯将不同白度物体按一维量白度(W)排序来定量评价其白色程度,而把理想白色(如高纯度硫酸钡,其白度值为100%)作为参比标准。无论是目视评定白度,还是用仪器评定白度,都必须建立在公认的“标准”基础上。所以,所谓白度是指距离理想白色的程度。

2、白度的测量

白度的计算和测量方法有多种,因此在对比白度时需要说明用的何种计算方法,因为不同的计算方法得到的白度值有较大不同。在市面上有很多用于测量白度的仪器,不同仪器的测量原理可能存在差异,致使同种样品使用不同仪器测量时结果有所不同。目前用于测量白度的仪器因它们的光源型号和视角角度有所不同,不同的测试条件对白度的影响较大,因此,测试方法的选择对白度数据有相当大的影响。


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3、白度的影响因素

(1)杂质。在钛白粉工艺中,尤其是硫酸法钛白粉工艺,大部分的作业是为了除去产品中的杂质,因为杂质严重影响钛白粉的应用性能,特别是白度。不同生产厂,使用产地不同的原料,钛白粉内所含杂质的种类和数量相差很大。这些杂质除极少部分来自于设备的腐蚀和磨损外,主要来自于现阶段国内各硫酸法钛白粉生产厂广泛使用的含钛原料——钛铁矿。这些杂质本身就带有颜色,在白色的钛白粉中极易显色。同氯化法钛白粉相比,硫酸法钛白粉纯度差,杂质含量高。

(2)二氧化钛的晶型。金红石晶型的二氧化钛较锐钛型更易吸收短波光,如果在锐钛型钛白粉中混有过多金红石晶体,钛白粉对光的吸收系数K值就会增大,成品的白度和光泽度就会变差,而且金红石晶型对杂质更为敏感,当有害杂质达到一定含量,混有金红石晶体的锐钛型钛白粉还会产生光敏变色现象。因此,对锐钛型钛白粉而言,晶型越纯白度就越好。

(3)粒径和粒度分布。粒径和粒度分布是影响钛白粉白度的主要因素,它主要是通过钛白粉颗粒对光的反射、散射等现象影响的。根据已有的测量数据得知,在一定的粒度范围内,钛白粉的粒径越小,白度值越高,这主要是由于钛白粉粒径越小,表面积增大,光的反射、漫反射增强。但当粒径小于0.1微米时则发生光的衍射,二氧化钛晶体变得透明,同样影响白度。因此在成品钛白粉中要尽量减少粒径大于0.35微米以及粒径小于0.1微米的颗粒。


平均粒径与白度的关系
来源:钛白粉白度的分类及其影响因素(郭会良等)

(4)颗粒形状。颗粒形状是指钛白粉颗粒的存在状态,可分为球状、杆状和层状。据已有的测量数据表明,层状钛白粉的白度略低,球状和杆状的白度非常接近,因此,钛白粉颗粒形状虽然可以略微影响白度,但不是主要因素。


钛白粉颗粒电镜照片
来源:钛白粉白度的分类及其影响因素(郭会良等)

(5)钛含量。钛含量指钛白粉中二氧化钛的总含量,对于颜料级钛白粉中二氧化钛的含量一般在90%以上,具体在92%~98%,其他物质主要为包膜剂与少量杂质。据已有的测量数据表明,随着二氧化钛含量的升高,白度值也升高。


二氧化钛含量与白度的关系

来源:钛白粉白度的分类及其影响因素(郭会良等)

(6)各种助剂。在生产中,往往会使用到很多助剂,例如助滤剂、润滑剂等,这些助剂其中可能含有长碳链的有机化合物,高温下会炭化,使钛白粉色相变得黯淡,甚至带有明显红棕色。

(7)表面处理。为提高钛白粉性能,许多厂家对钛白初品进行了表面处理,即包膜。包膜剂的选择和包膜顺序及时间等都对钛白粉的白度有一定影响。在湿法包膜中,体系的粘度对包膜效果影响较大,粘度过大不利于包膜剂的分散,钛白粉白度则降低。

4、提高白度的方法

据生产经验分析,当钛白粉的白度升高时,其遮盖力、消色力指标也会相应升高,因此,要达到同等的效果使用的钛白粉量就少,成本就会降低。关于生产中提高白度的方法目前主要有以下几点。

(1)优选矿源。原料是生产的第一步,只有合格的原料才能生产合格的产品,钛白粉对于杂质的含量极为敏感,有时要精确到1×10-6,因此,选择好的矿源是重中之重。铁、锰、钒铌是比较重要的杂质,其含量需要进行严格的测试并精确控制。

(2)配齐设备和工序。有部分钛白粉厂,为了节省投资因陋就简,省去一些工序,结果使大量杂质进入钛白粉中,严重影响了产品的白度。

(3)控制钛液的质量。钛液的各项指标如果不合格,会对下一个环节水解造成不良影响,从而使二氧化钛粒子的大小、形状和粒度分布不合适,粒子晶格有一定缺陷,从而导致产品白度降低。应严格控制钛液的制备和钛液的净化,不能将超标的钛液提供给下一工序。

(4)水解工艺优化。水解是硫酸法钛白粉生产过程中重要的工艺,也是影响钛白粉白度的重要因素。通常加压水解产物的均匀性较差,洗涤速度慢,成品白度差,而常压水解可以克服这一缺点,使颗粒形状均匀,白度上升。

(5)水洗工序的优化。水洗是除去溶液中Fe2+的关键环节,如果不及时除去,会被氧化成Fe3+,无论是亚铁还是三价铁,都会使钛白粉白度降低。应加强监控,保证洗水pH≤1.5,摩尔洗涤真空度≥0.06Mpa。

(6)煅烧条件。煅烧是脱水、脱硫、晶型转化、晶型成长的过程,与成品的白度有直接关系,切勿欠烧或过烧。一般在回转窑前方设置燃烧室,防止高温火焰直接接触物料,并控制温度、转速和煅烧时间,根据经验控制各项参数。

(7)砂磨条件。砂磨是后处理阶段的第一个作业,其任务是将物料打碎,用于后期的包膜处理。当物料过粗时,包膜不均匀,过细会导致成品遮盖力下降,并浪费研磨资源,因此,一般控制平均粒径在0.3~0.6μm。

(8)包膜过程。包膜方式、包膜量、包膜的均匀程度等都可以影响产品的白度,通常情况下,包磷、铝、锆会使白度有升高的趋势,而包硅则会使白度不变甚至下降,而当包膜不均匀时也会严重影响成品的白度。

(9)气粉操作条件。气流粉碎利用的是物料的自磨作用,用中压蒸汽对二氧化钛粒子进行剪切,使物料与物料、物料与内壁之间产生强碰撞而达到细碎的目的,使二氧化钛颗粒达到成品粒度要求的范围。经过气流粉碎,钛白粉粒径降低,粒度分布情况得到改善。根据经验一般将成品粒径粉碎到0.2~0.35μm。在操作中主要控制蒸汽压力和进料速度,如果成品粒径较大,可通过增大蒸汽压力、提高进料速度来调节。

小结:

要提高产品钛白粉的白度,从理论上主要控制二氧化钛粒子的大小、形状和粒度分布、杂质的种类和含量,结合实际生产情况,现场主要控制钛液的指标、水解操作、煅烧操作等,使成品钛白粉粒径在0.2μm左右,形状圆滑均匀,粒度分布带狭窄,产品杂质种类和含量都降到最低,以提高成品钛白粉白度。


参考资料:

郭会良等.钛白粉白度的分类及其影响因素

李岳等.谈如何提高颜料级锐钛型钛白粉的白度

祖庸等.提高颜料级钛白粉白度的几点意见

孙莉.影响钛白粉白度的因素浅析

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