行业知识
金红石型钛白粉的湿法超细研磨实验研究
作者：admin日期：2020-03-20阅读
以卧式砂磨机为超细研磨设备，研究研磨介质填充率、磨机转速、矿浆中粉体含量、助磨剂添加量、研磨时间对金红石型钛白粉超细研磨效果的影响。结果表明，在介质填充率为70%，磨机转速为2250r/min，矿浆中粉体质量分数为50%，添加助磨剂质量分数为0.4%的条件下，金红石型钛白粉超细研磨20min制得钛白粉的粒径d50、d97分别可达0.48、1.07μm。
钛白粉（TiO2）是一种多晶化合物，质点呈规则排列，具有格子构造，被认为是目前世界上性能好的白色颜料，在涂料、化纤、橡胶、塑料、造纸、印刷油墨等工业中广泛应用［1-3］。TiO2纳米粉体作为一种新型的无机功能材料，粒径为普通TiO2的约1/10，多为10~50nm，具有十分宝贵的光学性质。表面活性高、比表面大、光吸收性能好、吸收紫外线能力强等性能，使TiO2又在陶瓷、催化、环境工程、防晒化妆品等众多领域中应用前景广阔。在自然界中TiO2存在金红石型、锐钛矿型和板钛矿型3种结晶形态。热稳定性、化学稳定性、耐候性并且折射率高的金红石型TiO2广泛应用于塑料、油墨、白色颜料和高级轿车金属面漆等。金红石型钛白粉湿磨工艺所用的主要设备为砂磨机、球磨机、胶体磨等。其中砂磨机具有高效分散和较强的粉碎作用，广泛用于钛白粉生产中。砂磨机分为立式砂磨机和卧式砂磨机2种。本文中以卧式砂磨机为超细研磨设备，研究研磨介质填充率、磨机转速、矿浆中粉体含量、助磨剂添加量、研磨时间对金红石型钛白粉超细研磨效果的影响。
钛白粉（TiO2）是一种多晶化合物，质点呈规则排列，具有格子构造，被认为是目前世界上性能好的白色颜料，在涂料、化纤、橡胶、塑料、造纸、印刷油墨等工业中广泛应用［1-3］。TiO2纳米粉体作为一种新型的无机功能材料，粒径为普通TiO2的约1/10，多为10~50nm，具有十分宝贵的光学性质。表面活性高、比表面大、光吸收性能好、吸收紫外线能力强等性能，使TiO2又在陶瓷、催化、环境工程、防晒化妆品等众多领域中应用前景广阔。在自然界中TiO2存在金红石型、锐钛矿型和板钛矿型3种结晶形态。热稳定性、化学稳定性、耐候性并且折射率高的金红石型TiO2广泛应用于塑料、油墨、白色颜料和高级轿车金属面漆等。金红石型钛白粉湿磨工艺所用的主要设备为砂磨机、球磨机、胶体磨等。其中砂磨机具有高效分散和较强的粉碎作用，广泛用于钛白粉生产中。砂磨机分为立式砂磨机和卧式砂磨机2种。本文中以卧式砂磨机为超细研磨设备，研究研磨介质填充率、磨机转速、矿浆中粉体含量、助磨剂添加量、研磨时间对金红石型钛白粉超细研磨效果的影响。
1实验
1.1原料
金红石型钛白粉原料由四川公司提供，初始粒径d50、d97分别为0.56、25.41μm（d50、d97分别是累积体积分数为50%、97%时对应的颗粒粒径）。
1.2试剂与介质
实验所用助磨剂为美国陶氏化学生产的聚丙烯酸树脂，黄色透明黏稠状液体，型号为Acumer9460，化学结构式为（C3H4O2）n。研磨介质选用韩国赛诺粒径为0.6~0.8mm的氧化锆球。
1.3仪器与设备
采用卧式砂磨机（Mini-Easy型，北京瑞驰拓维公
司）对金红石型钛白粉进行超细研磨；采用离心沉降式粒度分布仪（BT-1500型，辽宁省丹东百特科技有限公司）测试样品的粒度［5］。
2结果与讨论
2.1介质填充率对研磨效果的影响
选取介质填充率（体积分数，以下同）为65%、
67.5%、70%、72.5%、75%，矿浆中粉体质量分数为50%，添加助磨剂质量分数为0.4%，在磨机转速为2250r/min的条件下研磨25min，产品粒度如图1所示。由图可知：当介质填充率为65%~70%时，产品粒径d50和d97出现了先缓慢后迅速减小的趋势；当介质填充率为70%~75%时，产品粒度随着磨机转速的而明显再小幅减小；当介质填充率为70%时，产品粒度达到小，d50和d97分别为0.24、0.89μm。由此可知，佳研磨介质填充率为70%。
2.2磨机转速对研磨效果的影响
选取介质充填率为70%，矿浆中粉体质量分数为50%，助磨剂质量分数为0.4%，在磨机转速分别为2050、2150、2250、2350、2450r/min的条件下研磨25min，产品粒度如图2所示。由图可知：当磨机转速为2050~2250r/min时，产品粒径d50和d97出现了先缓慢然后迅速减小的趋势；当磨机转速为2250~2450r/min时，产品粒度随着磨机转速的而明显；当磨机转速为2250r/min时，产品粒度达到小，d50和d97分别为0.24、0.89μm。由此可知，佳磨机转速为2250r/min。
2.3矿浆中粉体含量对研磨效果的影响
选取矿浆中粉体质量分数为45%、47.5%、
50%、52.5%、55%，介质填充率为70%，助磨剂质量分数为0.4%，在磨机转速为2250r/min的条件下研磨25min，产品粒度如图3所示。由图可知：当矿浆中粉体质量分数为45%~50%时，产粒径d50和d97出现了先缓慢后迅速减小的趋势；当粉体质量分数为50%~55%时，产品粒度随着磨机转速的先明显再缓慢减小；当粉体质量分数为50%时，产品粒度达到小，d50和d97分别为0.36、0.77μm。由此可知，矿浆中粉体质量分数佳值为50%。
2.4助磨剂添加量对研磨效果的影响
选取添加助磨剂质量分数为0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%，介质填充率为70%，矿浆中粉体质量分数为50%，在磨机转速为2250r/min的条件下研磨25min，产品粒度如图4所示。由图可知：当助磨剂质量分数为0.2%~0.4%时，产品粒径d50随着助磨剂添加量的而平稳减小，d97出现了先缓慢后迅速减小的趋势；当助磨剂质量分数为0.4%~0.6%时，产品粒径d50和d97随着磨机转速的先明显再缓慢减小；当助磨剂质量分数为0.4%时，产品粒度达到小，d50和d97分别为0.25、0.93μm。由此可知，加入助磨剂的质量分数的佳值为0.4%。
2.5研磨时间对研磨效果的影响
在介质填充率为70%，矿浆中粉体质量分数为
50%，助磨剂质量分数为0.4%，磨机转速为2250r/min的条件下分别研磨原矿20、22.5、25、27.5、30min，产品粒度如图5所示。由图可知：d50在0.5μm左右变动，且变化幅度很小；当研磨时间为20~23.5min时，d97由0.48μm迅速到约2.3μm；当研磨时间为23.5~30min时，d97缓慢减小到2.02μm。由于d97是主要考察指标，而且也要考虑能耗，因此确定佳研磨时间为20min。
3结论
1）以粒径为0.6~0.8mm的氧化锆球为研磨介质，在介质充填率为70%，磨机转速为2250r/min，矿浆中粉体质量分数为50%，添加助磨剂质量分数为0.4%，磨矿时间为20min的条件下制备金红石型钛白粉产品的粒度小。
2）在优工艺条件下处理金红石型钛白粉所得的产品粒径d50由0.56μm减小到0.48μm，d97由25.41μm减小到1.07μm。
