燕鸿鹏

（攀钢集团重庆钛业有限公司，重庆 400055）

1 引言

金红石型钛白粉具有较高的消色力、良好的化学稳定性及较好的耐候性，可广泛应用在涂料、塑料、造纸等行业［1］。随着世界经济的发展和人类科技的进步，人们对钛白粉的认识将越来越深，钛白粉的应用领域将越来越广，钛白粉的市场需求也越来越大，它有着极其宽广的发展和应用前景。在硫酸法生产金红石型钛白粉的过程中，在无机包膜之前，经转窑煅烧后的粗品颗粒经雷蒙或者辊压磨研磨后进行打浆，打浆后浆料进入砂磨机研磨，经砂磨机研磨后的浆料进入表面处理前贮罐等待包膜。打浆是个比较重要的工序，在该过程中，钛白粉在水中分散程度和分散状态非常重要。打浆效果用粘度值来衡量，粘度是衡量浆料分散程度好坏的一个非常重要的指标。控制好浆料粘度会对后处理过程，尤其是后续包膜的均匀性和致密性将有较大的帮助。打浆后浆料粘度偏高会导致部分细颗粒重新凝聚成粗颗粒，从而造成颗粒表面包膜不均匀，甚至有些颗粒涂覆不到，从而影响产品的应用性能。因此，研究影响浆料粘度因素，将粘度控制在更加合理范围内具有重要的实践意义。

影响分散打浆浆料粘度的因素比较多。常见的影响因素有浆料密度、浆液的pH值、分散剂用量、水质、搅拌时间［2］以及二氧化钛表面电荷、表面自由能、表面吸附［3］等等。前六项影响因素称为外部因素，其可控的范围在生产实践中已有过验证［2］。比如，浆液pH值通常控制在8.5–11.0，此时，打浆过程中浆料不会出现絮凝现象。与浆料pH值密切相关的是分散剂用量以及粗品粉料的pH值，考虑到成本等因素，其用量通常不超过粉料的1%，如果雷蒙磨后粉料的pH值低于7.0，打浆时要根据实际情况适当添加分散剂用量。近几年，我公司也在分散剂配方和用量等方面做过相应的研究［4］，摸索出了适应本公司钛白粉生产的打浆条件的分散剂配方和用量。

除外部因素外，粗品本身的特性比如金红石含量，其表面状态（pH值、电荷、表面能）以及微量元素含量等组分构成也会对打浆分散后浆料粘度产生影响。其中物料pH值是衡量煅烧过程控制程度的一项重要指标［4］。物料的烧结程度（可以用硫元素百分含量以及金红石含量衡量）以及盐处理过程加入微量元素等内部因素都有可能会对分散打浆造成影响。一些微量元素，比如五氧化二磷、氧化钾和氧化锌等都是通过其盐溶液形式在盐处理岗位加入。通过打浆实验，考察了粗品粉料几个内部因素对浆料粘度的影响，找寻其规律并在生产中适当作出调整，将这些参数控制在更加合理的范围内，雷蒙打浆时保证浆料粘度保持在较低的范围内。

2 实验部分

2.1 原料、仪器和试剂

现场定点定时取样（雷蒙螺旋口出料）、蒸馏水、分散剂（工业试剂、现场取样）。

PW2400荧光分析仪（Philips）、PW1800 X－射线衍射仪（Philips）、电子天平、梅特勒－托利多DELTA 320pH计、博勒飞RUT粘度计、JJ－1增力电动搅拌器。

2.2 实验方法和过程

为尽量减少外部因素的影响、便于对照，我们控制浆料密度、分散剂加量、搅拌转速、搅拌时间、脱盐水的pH值以及水温等条件保持一致，开展了对照打浆实验。实验前，测定了物料的相关参数。

称取2g待测试样，放入50ml的烧杯中。再量取20ml的蒸馏水，倒入装有试样的烧杯中，搅匀后静置5min，然后将pH计的电极插入试样中，pH计的稳定显示读数即为pH值。同时，也分别测定了粗品中磷、硫、钾、锌等微量元素的百分含量和金红石含量。

称取0.3‰样品量［5］的分散剂加入到盛有一定量脱盐水（pH值、水温恒定）的烧杯中，搅拌均匀后加入定量金红石型二氧化钛粗品样品，用脱盐水调节浆料密度至600g／L，搅拌30min，打浆结束后测定浆料粘度。

3 实验结果和讨论

3.1 二氧化钛粗品pH值对打浆后浆料粘度的影响

图1 粗品物料pH值对分散打浆后浆料粘度的影响

从图1可以看出，粗品pH值对打浆效果影响很大。依据粗品料本身pH值的不同，打浆后浆料粘度大致分布在以pH值在7.0附近的两个区域内。扣除特殊点，pH值低于7.0时，浆料粘度普遍低于1000cp（多数低于800cp），在此，我们称之为低粘度区；反之，浆料粘度大于1000cp的红色标注区，称为高粘度区。随二氧化钛粗品本身pH值增大，浆料粘度整体呈现出升高的变化过程。这是因为二氧化钛颗粒表面带有一定量的电荷，而且pH值会直接影响颗粒表面的带电情况。在低pH值区，颗粒表面可能带电荷多，颗粒间相互排斥大，所以分散性较好，粘度较低；随着pH值的升高，颗粒表面带电量逐渐减少，颗粒间作用力变小，分散性能下降，故粘度升高。所以，为了分散打浆时获得更低粘度的浆料，通过控制条件，可以将物料pH值控制在6.0－7.0之间。

3.2 二氧化钛粗品中微量元素对打浆后浆料粘度的影响

分别考察了金红石型二氧化钛粗品料几种微量元素百分含量对打浆后浆料粘度的影响，实验结果分别如图2至图5所示。

图2 磷元素（以P2O5计）对打浆后浆料粘度的影响

图3 硫元素含量对打浆后浆料粘度的影响

从图2可以看出，磷元素在样品中百分含量大小对分散打浆后浆料粘度的影响比较显著。在盐处理岗位加入磷元素有以下几个方面作用:一是它有利于提高产品的白度，因为它可以与偏钛酸中铁形成白色的磷酸铁和淡黄色的磷酸高铁，防止铁元素在煅烧时产生棕红色的氧化铁，改善产品的白度。二是它是阻止锐钛型向金红石型转化的抑制剂。当然磷元素加入量过大会增大体系粘度［6］。从图中看出，粘度分布集中在两大区域，左侧框内是低粘度区，粘度通常较低；右侧框内属于高粘度区。磷百分含量（以P2O5计）以0.0525%为分界点，当它低于该数值，浆料粘度比较低，通常在700cp内，反之高粘度比较集中，通常会超过1000cp。这一分界点与生产电焊条级钛白粉时对磷含量的加量要求比较接近，因为过高的含磷量会对焊缝产生冷脆性等不利影响［7］。同样，为了获取低粘度浆料，更好地方便表面包膜等后处理工序，可以将金红石型二氧化钛粗品中磷元素百分含量控制在0.0525%以内。

硫元素百分含量对打浆的影响也是有规律可循的。从图3可以看出，特殊点除外，当粗品烧结比较严重时，即硫含量较低时，打浆后浆料的粘度比较高一些，这与pH值对粘度影响较符合，因为硫元素含量低pH值较高，此时，硫元素百分含量通常在0.022%以内，当其高于这一值后，打浆后浆料粘度将处在低粘度区。

图4 K元素（以K2O计）对分散打浆后浆料粘度的影响

跟磷元素类似，钾组分主要也是偏钛酸在进行煅烧前作为盐处理剂引入的。钾盐作为结构和颜色的调整控制剂，有助于粒子的成型，防止烧结，降低煅烧温度，提高脱硫速度，同时抑制粒子生长速率和向金红石转化，能够显著提高产品白度和消色力。如图4所示，钾元素对粉料的打浆分散效果影响十分明显。当其百分含量不超过0.25%时，分散打浆后浆料粘度处在低粘度范围内，浆料粘度值通常不会超过1000cp；而超过0.26%时，浆料粘度则会在1000cp以上。所以，为了优化分散打浆，钾元素百分含量最好范围最好不超过0.26%。

氧化锌作为金红石促进剂，可加速晶型转化、提高转化率，降低达到最高转化率的温度，提高产品的耐候性。但锌加量偏高会导致转化速率加快，导致煅烧强度不够而造成消色力偏低，会影响钛白粉的使用效果。从图5可以看出，锌元素的百分含量对分散打浆的效果好坏影响并不大，随锌元素百分含量的增加浆料粘度没有呈现出较明显的变化。

图5 Zn元素（以ZnO计）对打浆后浆料粘度的影响

3.3 粗品中金红石含量对浆料粘度的影响

图6 金红石含量（R%）对打浆后浆料粘度的影响

作为生产金红石钛白粉的粗品料，其金红石含量比较重要。该值也是衡量煅烧效果的一项极其重要标准，其含量通常会控制在一定范围内，对于生产通用性金红石型二氧化钛，该值通常不会低于98%。从图6可以看出，金红石含量高低对打浆后浆料粘度的影响不大。

4 结论

硫酸法金红石型二氧化钛粗料品质对分散打浆后浆料粘度的影响因素比较复杂，浆料粘度受多个因素共同影响。其中物料pH值，磷、硫、钾等微量元素对打浆分散影响效果明显。将pH值控制在6.0－7.0，磷、钾等微量元素的百分含量分别不超过0.0525%和0.26%，硫元素百分含量控制在0.022%以上，是比较合理的范围，在该范围内打浆后浆料的粘度较低。粗品中锌元素以及金红石含量对浆料粘度的影响不明显，没有出现规律性的变化。

［1］邓婕，吴立峰.钛白粉应用手册（修订版）［M］.北京:化学工业出版社，2005.

［2］陈朝华.钛白粉生产技术回答［M］.北京:化学工业出版社，1998.

［3］唐振宁.钛白粉的生产与环境治理［M］.北京:化学工业出版社，2001.

［4］牟廷贵.硫酸法金红石型二氧化钛粗品pH值对产品质量的影响［J］.全国钛白行业年会2007年论文集.

［5］周俊.浅析异丙醇胺在雷蒙打浆分散中的应用研究［J］.钛白，2009，28（12）:32－35

［6］张益都.硫酸法钛白粉生产技术创新［M］.北京:化学工业出版社，2010.

［7］锐钛型钛白粉盐处理时加入磷酸的作用［J］.钛白，2009，28（4）:35－36.