Al鹽對(duì)鈦白粉窯下物形貌和顏料性能的影響

楊青(四川化工高級(jí)技工學(xué)校，四川成都611130)

Al鹽對(duì)鈦白粉窯下物形貌和顏料性能的影響

楊青(四川化工高級(jí)技工學(xué)校，四川成都611130)

本文綜述文獻(xiàn)對(duì)于金紅石晶體生長(zhǎng)的研究，從幾何角度講述了金紅石形貌與各個(gè)晶面生長(zhǎng)速度的關(guān)系，并通過試驗(yàn)說(shuō)明了Al鹽對(duì)金紅石形貌以及窯下物顏料性能的影響。試驗(yàn)表明：在Al鹽加量0.00%，0.13%，0.23%，0.33%加量情況下，Al鹽加量在0.13%時(shí)能使窯下物粒子具有較好的長(zhǎng)徑比和合適的粒度，并具有優(yōu)異的顏料性能。

鈦白粉;Al鹽處理劑;粒子成長(zhǎng);顏料性能

1 煅燒過程中TiO2成長(zhǎng)機(jī)理

從晶體生長(zhǎng)習(xí)性的理論模型：BFDH和PBC可以成功的解釋金紅石晶體的生長(zhǎng)，其主要內(nèi)容包括：①晶體中含八面體基元頂點(diǎn)最多的晶面的生長(zhǎng)速度最快；②晶體中含八面體基元棱最多的晶面的生長(zhǎng)速度次之；③晶體中含八面體基元面最多的晶面的生長(zhǎng)速度最慢；④晶體中含八面體基元原子最多的晶面的生長(zhǎng)速度最快。

晶體在生長(zhǎng)過程中，由于各個(gè)晶面生長(zhǎng)速度不一致，從而使得顆粒形貌千差萬(wàn)別，當(dāng)顆粒較小時(shí)各晶面間的生長(zhǎng)量差異還沒有形成明顯差別，顆粒目視形貌為近球形，隨著晶體繼續(xù)生長(zhǎng)，各晶面間生長(zhǎng)量差異明顯增大，顆粒長(zhǎng)徑比加大。Al鹽對(duì)于窯下物形貌的影響文獻(xiàn)中多認(rèn)為在自生晶種工藝中Al鹽會(huì)增加顆粒長(zhǎng)徑比，隨著Al鹽用量增加，窯下物中長(zhǎng)棒狀顆粒明顯增多。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備

主要實(shí)驗(yàn)原料：偏鈦酸二洗餅、Al鹽處理劑、K鹽處理劑、P鹽處理劑；主要設(shè)備：101-3型電熱鼓風(fēng)干燥箱、TM-3014P陶瓷纖維馬弗爐、DX33擂潰機(jī)、JEOL JSM-6390A掃描電鏡、PANa?lytical X’Pert PRO X射線衍射儀、PANalytical AXios MAX X射線熒光儀、PM240-2平磨儀、CM—3500d差式色度儀

2.2 鈦白粉窯下物制備工藝

鈦白粉窯下物制備工藝如圖1所示，取鈦白粉廠合格偏鈦酸二洗餅加水打漿，攪拌均勻后順序加入K鹽處理劑，P鹽處理劑，Al鹽處理劑，攪勻后放入恒溫干燥箱烘干，將干燥好的物料粗粉碎后放入馬弗爐中，調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)撵褵郎囟?，保證物料具有合格轉(zhuǎn)化率，制備好的窯下物經(jīng)擂潰機(jī)采用10g/20min方式研磨后進(jìn)行掃描電鏡分析與顏料性能測(cè)試。

圖1 鈦白粉窯下物制備工藝

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 不同Al鹽加量對(duì)窯下物粒子形貌影響

二洗餅加水打漿后進(jìn)行鹽處理，Al鹽處理劑加量以Al2O3/TiO2計(jì)算，在其它鹽處理劑加量不變的情況下各組Al鹽加量按照表1添加，鹽處理料經(jīng)烘干，粗粉碎，煅燒達(dá)到合格轉(zhuǎn)化率后，研磨進(jìn)行SEM掃描，采用放大3萬(wàn)倍進(jìn)行掃描成像，可得到清晰的窯下物粒子形貌，如圖2。通過Smile View軟件對(duì)SEM圖片計(jì)算各組窯下物粒子平均長(zhǎng)徑比，數(shù)據(jù)如表1。

表1 Al鹽處理劑加量

圖2 Al鹽加量0.00%，0.13%，0.23%和0.33%的窯下物SEM圖片

表2 不同Al鹽加量對(duì)應(yīng)窯下物粒子平均長(zhǎng)徑比

從圖2可以看出，隨著Al鹽處理劑的增加，顆粒以dV生長(zhǎng)時(shí)，{111}和{001}生長(zhǎng)速度加快，{110}縱向生長(zhǎng)相對(duì)變慢，因此窯下物粒子形貌由接近球形逐步變成長(zhǎng)條形；當(dāng)Al鹽量降至0.13%時(shí)，{100}面出現(xiàn)是{110}生長(zhǎng)速度加快，顆粒橫截面變圓的一個(gè)標(biāo)志；從表2和電鏡圖可以看出，隨著Al鹽加量的增加，窯下物中長(zhǎng)棒狀顆粒明顯增多，長(zhǎng)徑比越大。鹽處理配方中Al鹽強(qiáng)烈吸附[7]于{110}，因此該晶面縱向生長(zhǎng)受到抑制，主要為橫向生長(zhǎng)；而{111}和{001}生長(zhǎng)受影響小，晶面的縱向生長(zhǎng)速度相對(duì)更快，顆粒變得更加長(zhǎng)且方。由此可見，Al鹽會(huì)引起金紅石各晶面生長(zhǎng)速度差異，適當(dāng)控制{110}，{001}，{111}和{001}晶面的生長(zhǎng)速度可以達(dá)到控制顆粒形貌的目的。

3.2 不同Al鹽加量對(duì)窯下物顏料性能影響

將不同Al鹽加量物料所得的煅燒窯下物進(jìn)行亮度，干粉體系，黑漿體系檢測(cè)：Al鹽含量的增加，黑漿b值逐漸增大。黑漿b值既能體現(xiàn)鈦白粉的分散性能，同時(shí)也是表征鈦白粉粒徑的重要指標(biāo)。由于Al鹽的加入改變了金紅石各晶面成長(zhǎng)速度，使粒子變長(zhǎng)，窯下物的黑漿b值相應(yīng)發(fā)生改變。

當(dāng)Al鹽加量在0.13%時(shí)，黑漿Y值達(dá)到最大，Al鹽加量為0.23%，0.33%時(shí)逐漸變小，結(jié)合各Al鹽加量對(duì)應(yīng)的窯下物平均粒度數(shù)據(jù)，Al鹽加量的增加使窯下物粒徑增大，而可見光波長(zhǎng)范圍為0.4-0.7μm，當(dāng)顏料粒子粒徑為可見光波長(zhǎng)一半時(shí)，由于光波的特性，可以達(dá)到最大的散射效果，消色力也就越好。窯下物SEM電鏡照片可以看出，Al鹽加量0.23%，0.33%時(shí)，窯下物粒子粒徑變大，其長(zhǎng)徑比也相應(yīng)增加，粒子外形輪廓并不圓潤(rùn)光滑，不利于光的散射，較之Al鹽加量0.13%，粒徑為0.27μm，粒子長(zhǎng)徑比接近1，光的散射達(dá)到最佳效果。黑漿Y值表征窯下物粒子散射力，較小的長(zhǎng)徑比值以及適合的粒子粒徑能達(dá)到更優(yōu)的散射力，表4數(shù)據(jù)表明，Al鹽加量0.13%時(shí)，窯下物粒子的散射力為最優(yōu)。因此，從經(jīng)濟(jì)成本方面考慮，則必須以適當(dāng)?shù)柠}處理劑加量、煅燒晶種加量相配合，才能得到粒子偏軟，不易燒結(jié)且顏料性能高的產(chǎn)品。

4 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)煅燒過程中金紅石粒子成長(zhǎng)機(jī)理以及Al鹽對(duì)金紅石各晶面生長(zhǎng)鹽處理、煅燒實(shí)驗(yàn)研究得到以下結(jié)論：①偏鈦酸鹽處理過程中加入Al鹽在煅燒過程中能夠改變金紅石各晶面的生長(zhǎng)速度，窯下物粒子形貌由接近球形逐步變成長(zhǎng)條形；②Al鹽的加入可以使金紅石粒子在高溫煅燒后變得柔軟不易燒結(jié)，在Al鹽加量在0.13%時(shí)能使窯下物粒子具有較好的長(zhǎng)徑比和合適的粒度，并具有優(yōu)異的顏料性能。

[1]程賀.納米核殼二氧化鈦的可控制備及儲(chǔ)鋰性能研究[J].無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2016.

[2]李玉芳.納米二氧化鈦的制備及其在環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].精細(xì)化工原料及中間體，2008.

[3]J.D.H.Donnay,D.Harker,Amer.Mineral.22(1937)446.

[4]Ulrich Gesenhues,Chem.Eng.Technol.24(2001)7,685.

楊青，女，漢，工作于四川化工高級(jí)技工學(xué)校，成都理工大學(xué)化學(xué)工程領(lǐng)域工程專業(yè)，碩士，高級(jí)技師，主要從事化工工藝方向研究。