鹽分對(duì)二氧化鈦表面包覆的影響

吳 瓊，劉立新 （中信鈦業(yè)股份有限公司，遼寧錦州 121005）

0 引言

二氧化鈦是世界上已知的工業(yè)生產(chǎn)中最白的顏料，由于其優(yōu)異的光學(xué)性能而被廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、造紙等行業(yè)，與人民生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)有著緊密聯(lián)系。由于二氧化鈦?zhàn)陨泶嬖诰Ц袢毕荻哂泄饣瘜W(xué)活性，即對(duì)應(yīng)用介質(zhì)有光催化降解作用，因此通常需要在二氧化鈦表面包覆光化學(xué)惰性的氧化物膜層以屏蔽其光化學(xué)活性點(diǎn)。二氧化鈦表面包覆均勻致密膜層后不僅可屏蔽其光化學(xué)活性，還可提高其在體系中的應(yīng)用性能。二氧化鈦表面處理最常見的包膜物質(zhì)為氧化硅和氧化鋁，表面包覆氧化硅膜層，可顯著提高其耐候性能；表面包覆氧化鋁膜層，可改善應(yīng)用體系的分散性。一般在工業(yè)生產(chǎn)中認(rèn)為，包膜的質(zhì)量受包膜漿料的濃度、包膜溫度、包膜速率、攪拌強(qiáng)度、漿料鹽分等因素影響，產(chǎn)品的最終性能取決于包覆氧化物膜層的完整性、均勻性等。目前，關(guān)于包膜漿料濃度、包膜溫度、包膜速率、攪拌強(qiáng)度4種因素的影響已進(jìn)行了大量研究和探索，對(duì)其有了基本統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)［1-2］，而關(guān)于漿料鹽分對(duì)二氧化鈦表面包膜效果的影響卻鮮有報(bào)道。但包膜漿料中的鹽分對(duì)二氧化鈦性能的影響也是不可避免的［3］。本研究通過對(duì)初品漿料進(jìn)行壓濾除鹽、水洗除鹽工藝制備不同鹽分的初品漿料，研究二氧化鈦中鹽分雜質(zhì)對(duì)其包膜過程及產(chǎn)品性能的影響，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料及設(shè)備

未經(jīng)包膜的金紅石型二氧化鈦漿料；偏鋁酸鈉、硅酸鈉、氫氧化鈉、鹽酸等溶液，均為工業(yè)級(jí)試劑。

HH.S11-Ni2型電熱恒溫水浴鍋，北京長(zhǎng)安永創(chuàng)科學(xué)儀器有限公司；FN101-1A型鼓風(fēng)干燥箱，長(zhǎng)沙儀器儀表廠；YZ1515 LanGe-Pump，保定蘭格恒流泵有限公司；YQ50實(shí)驗(yàn)室小型氣粉機(jī)，上海賽山公司；SHB-ⅢA循環(huán)水式多用真空泵，鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；pH計(jì)，上海精科有限公司；JA5003B電子天平，上海精密儀器有限公司。

1.2 方法與過程

取氯化法初品漿料，洗鹽，配制成濃度400 g/L的水漿。用氫氧化鈉溶液將漿料pH調(diào)至9～11，再加入一定量的分散劑對(duì)漿料進(jìn)行分散。通過化學(xué)沉積方式對(duì)二氧化鈦進(jìn)行硅鋁包膜，再用一定溫度的去離子水對(duì)其進(jìn)行洗滌過濾，除去鹽分，檢測(cè)產(chǎn)品的觸變性。然后將其烘干、研磨、汽粉，檢測(cè)產(chǎn)品的性能。

1.3 TEM透射電鏡檢測(cè)微觀形貌

對(duì)制備好的樣品進(jìn)行TEM透射電鏡微觀形貌分析。

2 結(jié)果及討論

2.1 不同除鹽工藝對(duì)包膜過程中產(chǎn)品電導(dǎo)率的影響

采用電導(dǎo)率指標(biāo)表征產(chǎn)品的鹽分含量，電導(dǎo)率越高，說明產(chǎn)品的鹽分含量越高。不同除鹽工藝對(duì)包膜過程中產(chǎn)品電導(dǎo)率的影響見圖1。

圖1 不同除鹽工藝對(duì)包膜過程中產(chǎn)品電導(dǎo)率的影響Figure 1 Effect of different desalination processes on conductivity of products in coating process

由圖1可以看出，經(jīng)不同除鹽工藝處理后，漿料電導(dǎo)率顯著下降，說明漿料中鹽分含量顯著減少，采用兩種工藝的漿料鹽分去除率均達(dá)到60%。

2.2 鹽分對(duì)鈦白粉包膜過程中漿料黏度的影響

鈦白粉包膜過程中漿料黏度對(duì)包膜效果也有一定影響，在一定范圍內(nèi)，漿料黏度越低，越有利于包膜的進(jìn)行。這是由于黏度較高時(shí)，鈦白粉易團(tuán)聚，導(dǎo)致破碎后包膜不夠完整或者形成團(tuán)粒包膜。鹽分對(duì)包膜過程中漿料黏度的影響見圖2。

圖2 鹽分對(duì)鈦白粉包膜過程中漿料黏度的影響Figure 2 Effect of salt content on viscosity of slurry in coating process of titanium dioxide

從圖2中可以看出，經(jīng)不同除鹽工藝后，包膜過程中漿料黏度較未經(jīng)除鹽的漿料黏度有了很大程度地降低，說明除鹽后漿料中二氧化鈦顆粒的分散狀態(tài)更好，更有利于形成完整均勻的包覆層，對(duì)產(chǎn)品的顏料性能更有利。

2.3 鹽分對(duì)包膜過程中產(chǎn)品粒徑的影響

鹽分對(duì)包膜過程中產(chǎn)品粒徑的影響見圖3。

圖3 鹽分對(duì)包膜過程中產(chǎn)品粒徑的影響Figure 3 Effect of salt content on particle size of products in coating process

從圖3中可以看出，經(jīng)不同除鹽工藝處理的漿料在包膜過程中，粒徑都有降低的趨勢(shì)。其中采用直接壓濾除鹽的方法，過程平均粒徑值較小，較未除鹽漿料的粒徑約降低30%。漿料經(jīng)除鹽處理后，提高了二氧化鈦在水漿中的分散性能，這更有利于單個(gè)粒子的包膜，避免團(tuán)聚顆粒共同成膜，增加了膜層的均勻性和完整性。

2.4 除鹽工藝對(duì)鈦白粉成品性能的影響

漿料除鹽不僅會(huì)影響鈦白粉的包膜過程，而且對(duì)產(chǎn)品的最終性能也有影響，不同處理工藝對(duì)二氧化鈦產(chǎn)品最終性能的影響見表1。

表1 不同處理工藝對(duì)二氧化鈦產(chǎn)品最終性能的影響Table 1 Effect of different treatment processes on the final properties of titanium dioxide products

從表1中可以看出，經(jīng)除鹽處理工藝后，鈦白粉成品的吸油量指標(biāo)降低、電阻率提高、產(chǎn)品的高攪分散性提升。分析原因，可能是由于經(jīng)除鹽處理后，二氧化鈦漿料中的雜質(zhì)含量減少，二氧化鈦顆粒在溶液中更易于以初始粒子形態(tài)存在，使其表面的包覆膜層更加均勻、完整，減少或避免了大團(tuán)聚粒子共同包覆成膜，汽粉破碎后導(dǎo)致膜層不完整的情況，影響鈦白粉的最終質(zhì)量；或由于高鹽分漿料的黏度較大，包膜劑未能完全在二氧化鈦顆粒表面包覆成膜，增加了包膜劑單獨(dú)沉淀析出的概率，導(dǎo)致膜層形態(tài)不理想，影響產(chǎn)品的應(yīng)用性能。

2.5 微觀形貌分析

采用TEM電鏡對(duì)經(jīng)不同工藝處理的漿料包膜后的二氧化鈦成品進(jìn)行形貌檢測(cè)，結(jié)果見圖4。

圖4 不同工藝處理的二氧化鈦成品的微觀形貌Figure 4 Microscopic morphology of titanium dioxide products with different treatment processes

由圖4可見，未經(jīng)除鹽工序的成品二氧化鈦，膜層包覆較為完整致密，但顆粒間有明顯黏連，存在團(tuán)聚粒子共同包膜的現(xiàn)象。經(jīng)除鹽工序后的成品二氧化鈦，膜層包覆較為均勻完整，二氧化鈦顆粒的分散狀態(tài)較好，黏連現(xiàn)象不明顯，這更有利于提高二氧化鈦產(chǎn)品的性能。

3 結(jié)語(yǔ)

（1） 采用電導(dǎo)率指標(biāo)評(píng)價(jià)，經(jīng)不同除鹽工藝處理，漿料鹽分的去除率均達(dá)到60%以上；

（2） 經(jīng)除鹽工藝后，對(duì)包膜過程中漿料黏度有降低作用；

（3） 經(jīng)除鹽工藝后，對(duì)包膜過程中漿料粒徑有降低作用，其中采用直接壓濾方法時(shí)，粒徑降低趨勢(shì)更為明顯，平均粒徑約降低30%；

（4） 除鹽工藝對(duì)最終產(chǎn)品的酸溶性有降低趨勢(shì)；有利于降低產(chǎn)品的吸油量，吸油量約降低1個(gè)點(diǎn)；有利于提高最終成品的電阻率，相同洗滌水量，成品電阻率提高100 Ω·m以上。

（5） 通過對(duì)成品微觀形貌的檢測(cè)表明，未經(jīng)除鹽處理的產(chǎn)品膜層包覆較為完整，但有團(tuán)聚粒子存在，不利于產(chǎn)品的分散等性能；經(jīng)除鹽處理后，膜層包覆較為均勻，顆粒間分散性較好，產(chǎn)品性能更優(yōu)異。