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淺談鈦白粉粒度檢測

濟(jì)南微納 2015-12-14 | 閱讀：5396

一,、鈦白粉

鈦白粉的化學(xué)名稱：二氧化鈦,，分子式TiO2,，分子量79.9,，其質(zhì)量組成中59.95%為Ti,，O占40.05%,。別名：鈦白,，鈦白粉。

鈦白粉,，是迄今無可替代,，性能最優(yōu)異的白色顏料，其工業(yè)產(chǎn)品的形式有兩種,，粉（稱鈦白粉）和漿狀（稱漿狀鈦白）,。TiO_2r的工業(yè)生產(chǎn)方式只有硫酸法和氯化法，兩種全球TiO₂的裝置能力約為475萬噸,，實(shí)際產(chǎn)銷量約為400萬噸左右,，TiO₂僅次于合成氨和磷化工產(chǎn)品，居無機(jī)化工產(chǎn)品的第三位,。通常人們把在涂料,、油墨、塑料,、橡膠,、造紙、化纖,、美術(shù)顏料和日用化妝品等行業(yè)中以白色顏料為主要使用目的的二氧化鈦稱為鈦白粉,、二氧化鈦顏料或鈦白，而把在搪瓷,、電焊條,、陶瓷,、電子、冶金等工業(yè)部門以純度為主要使用目的的二氧化鈦稱為二氧化鈦或非顏料級鈦白粉,、非涂料用鈦白粉,。

二氧化鈦是一種重要的無機(jī)化工原料，無毒,、對健康無害,，是最重要的白色顏料，占全部白色顏料使用量的80%,。從全世界范圍來說,，所開采的鈦礦90％以上用于TiO2顏料的生產(chǎn)。1998年,，世界總的TiO2顏料消費(fèi)量為355萬噸,，按2000美元/噸的單價計其總價值為70億美元。許多發(fā)達(dá)國家都將其列為關(guān)鍵化學(xué)品行列,，在某些國家和地區(qū),，其生產(chǎn)量與國民生產(chǎn)總值成正比，它已成為衡量一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平高低的重要標(biāo)志之一,。

二,、鈦白粉行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

我國鈦白粉工業(yè)始于20世紀(jì)50年代中期。鈦白粉主要成分為二氧化鈦(TiO2)的白色顏料,。鈦白粉學(xué)名為二氧化鈦（ titanium dioxide）,，分子式為TiO2是一種多晶化合物，其質(zhì)點(diǎn)呈規(guī)則排列,，具有格子構(gòu)造,。隨著鈦白粉行業(yè)的不斷發(fā)展越來越多的品牌被人類認(rèn)識。數(shù)據(jù)顯示,，我國鈦白粉總產(chǎn)能占世界的30%,，是世界最大的鈦白粉生產(chǎn)國，2011年全國鈦白粉總產(chǎn)能為約260萬噸,。

此外,，我國也已成為世界最大的鈦白粉消費(fèi)國，1999-2011年,，我國鈦白粉消費(fèi)量從24.8萬噸/年增長至165萬噸/年,，年復(fù)合增長率達(dá)17.11%，遠(yuǎn)超GDP增速,。

鈦白粉在涂料體系中使用GR復(fù)合鈦白顏料可限得與鈦白粉相同或相近的性能指標(biāo),；GR復(fù)合鈦白顏料可廣泛應(yīng)用于涂料體系中，改善涂料的性能，較大幅度的降低材料的使用成本2011年中國鈦白粉行業(yè)進(jìn)出口總額為18.58億美元,，其中進(jìn)口額為7.04億美元,，同比增長9.22%;出口額為11.55億美元，同比增長122.58%;2011年鈦白粉國際貿(mào)易首次出現(xiàn)貿(mào)易順差,，順差額4.51億美元2011年,，全國鈦白粉進(jìn)口總量20萬噸，較上一年減少了6.9萬噸,，增長率為-25.65%;鈦白粉出口總量為38萬噸,，較上一年增加了11.4萬噸，增長率為42.86%,。

凈出口量達(dá)18萬噸,。這表明,，國產(chǎn)鈦白粉的質(zhì)量有所提高,，能滿足國內(nèi)大部分下游產(chǎn)品的需求，在替代一部分進(jìn)口產(chǎn)品的同時,，也增加了出口量,。

三、鈦白粉粒度控制的重要性

粒度是指一個顆粒的大小,，對于規(guī)則的球形顆粒,，我們可以用“直徑”來精確描述其大小，在實(shí)際的生產(chǎn)中,，由于控制的不穩(wěn)定性,，絕大多數(shù)情況下顆粒形狀都不是球形的，無法用直徑表示,，因此表示顆粒的大小時引進(jìn)了“粒徑”的概念,。所謂粒徑，可以把它理解為一因次尺寸,。同一顆粒,，由于應(yīng)用場合的不同，往往測量方法會有區(qū)別,，得到的粒徑值也就不同,；顯微鏡下看到的是顆粒與視線垂直平面上的投影尺寸；篩分法所得到的粒徑是篩孔的尺寸,；沉降測定法得到的是某種沉降特性相同的球形顆粒的直徑,。在生產(chǎn)實(shí)踐中，所涉及的往往并非單一粒徑,，而是包含了不同粒徑的若干顆粒的集合體,，也就是顆粒群，如何來描述顆粒群所有顆粒粒度特征也成了一個難題。現(xiàn)在一般都是用統(tǒng)計數(shù)學(xué)的方法來計算顆粒群平均粒徑的,，然后分段來進(jìn)行描述顆粒的大小和分布,，也就是粒度分布，即顏料粉體中不同粒度區(qū)間的顆粒含量,。

鈦白粉粒度分布是一個綜合性的指標(biāo),，它嚴(yán)重影響鈦白粉顏料性能和產(chǎn)品應(yīng)用性能，因此,，對于遮蓋力和分散性的討論可直接從粒度分布上進(jìn)行分析,。

影響鈦白粉粒度分布的因素較為復(fù)雜，首先是水解原始粒徑的大小,，通過控制和調(diào)節(jié)水解工藝條件,，使原始粒徑在一定范圍內(nèi)。其次是煅燒溫度,，偏鈦酸在煅燒的過程中,，粒子經(jīng)歷一個晶型轉(zhuǎn)化期和成長期，控制適宜的溫度,，使成長粒子在一定范圍內(nèi),。最后就是產(chǎn)品的粉碎，通常對雷蒙磨的改造和分析器轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié),，控制粉碎質(zhì)量,，同時可以采用其它粉碎設(shè)備，例如：萬能磨,、氣流粉碎機(jī)和錘磨裝置,。

鈦白粉的顏料性能影響因素較多，其中粒徑大小及分布是很重要的影響因素之一,，鈦白粉顆粒的粒度大小,，嚴(yán)重影響其散射系數(shù)。當(dāng)其粒徑為200W時,，散射系數(shù)最高,，這時顏料的消色力和遮蓋率最優(yōu) ，白度和光澤度最好,，但粒徑變小時,，耐候性就相應(yīng)下降。顏料性能優(yōu)良的鈦白粉,，其顆粒的粒度分布寬度應(yīng)盡可能的窄,。準(zhǔn)確檢測鈦白粉的粒度分布，從分布圖中能夠初步判斷中間產(chǎn)品和成品質(zhì)量的優(yōu)劣,，有利于指導(dǎo)鈦白粉生產(chǎn),。20世紀(jì)六七十年代,，國內(nèi)外一些鈦白粉廠多采用沉降法和電子顯微鏡法測定鈦白粉粒度分布。沉降法影響因素較多,，測定結(jié)果有很大差別,；電子顯微鏡測定粒度分布，必須借助大量統(tǒng)計工具,，才能得到較為接近實(shí)際情況的粒度分布,，大大提高了分析速度和準(zhǔn)確性。1975年研制成世界上第一臺激光粒度儀后,，在20世紀(jì)80年代初期首先進(jìn)入我國的石油化工領(lǐng)域,，后來在材料化學(xué)、化工,、制藥,、地質(zhì)、涂料,、陶瓷,、造紙、電池和軍工領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用,。目前激光粒度儀在鈦白粉行業(yè)應(yīng)用也較普遍,。

四,、激光粒度在鈦白粉行業(yè)的應(yīng)用

我們所見到的鈦白粉無論是銳鈦型還是金紅石型,，都是由直徑在0.1~0.3 μm的球形顆粒單一晶體所組成。單一晶體粒子的大小和由此凝集集合的二次粒子的結(jié)合力數(shù)值以及結(jié)合量將會導(dǎo)致鈦白粉分散體系的白度,、消色力,、分散性、耐候性等顏料性能很大的變化,。因此顆粒粒度和粒度分布是影響顏料性能和應(yīng)用指標(biāo)的重要性質(zhì)之一,，對所有的顏料性能幾乎都具有決定性的影響。

由于顆粒的粒度與形狀對其產(chǎn)品的性質(zhì)與用途影響很大,，不同的測量方法適用于不同的粒度范圍,，由于采用了不同的原理，對于同一樣品的檢測結(jié)果在數(shù)據(jù)上會有偏差,，目前工廠常用的分析方法已經(jīng)普遍使用激光粒度儀進(jìn)行檢測,。以下是使用winner2000E檢測的鈦白粉粒度，測試報告如下：