鈦白粉氣流粉碎方法及設(shè)備與流程

本發(fā)明涉及一種鈦白粉生產(chǎn)工藝和設(shè)備，尤其是一種鈦白粉后處理方法和設(shè)備。

背景技術(shù)：

鈦白粉化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在一般情況下與大部分物質(zhì)不發(fā)生反應(yīng)。在自然界中二氧化鈦有三種結(jié)晶：板鈦型、銳鈦和金紅石型。板鈦型是不穩(wěn)定的晶型，無工業(yè)利用價(jià)值，銳鈦型(Anatase)簡(jiǎn)稱A型，和金紅石型(Rutile)簡(jiǎn)稱R型，都具有穩(wěn)定的晶格，是重要的白色顏料和瓷器釉料，與其他白色顏料比較有優(yōu)越的白度、著色力、遮蓋力、耐候性、耐熱性、和化學(xué)穩(wěn)定性，特別是沒有毒性，是目前世界上性能最好的一種白色顏料，廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、造紙、印刷油墨、化纖、橡膠、化妝品等工業(yè)。

國內(nèi)生產(chǎn)鈦白粉的工序主要有硫酸法和氯化法，不管是采用哪種方法，都要對(duì)最后制得的粗二氧化鈦進(jìn)行各種后處理以彌補(bǔ)它的光活性缺陷，并改變它的表面性質(zhì)。后處理包括預(yù)粉碎，砂磨，分級(jí)，無機(jī)和有機(jī)表面包膜處理，過濾，干燥、氣流粉碎和計(jì)量包裝等，從而獲得表面性質(zhì)好，高白度，分散性高的金紅石型二氧化鈦成品。

顏料用二氧化鈦?zhàn)钪匾淖饔迷谟谒环稚⒃诮橘|(zhì)中和涂在表面上(用作涂料)時(shí)的不透明性，這是二氧化鈦主要的光學(xué)性能。與不透明性在不同程度上相互關(guān)聯(lián)的重要光學(xué)性能是亮度、白度、色相、著色力和遮蓋力。二氧化鈦的不透明性很大程度上取決于兩種首要的特性，即折射率和顆粒特性，顆粒特性包括粒度、粒度分布和顆粒形狀。另外，二氧化鈦在各種介質(zhì)和設(shè)備中的分散能力也是很重要的因素。因?yàn)?，在大多?shù)情況下顏料的光學(xué)性能能否充分顯現(xiàn)出來，還取決于二氧化鈦的分散性如何，而分散性往往又和顆粒特性及表面性質(zhì)密切相關(guān)。

鈦白粉對(duì)粒度及粒度分布，純度要求非常高，一般鈦白粉的制取粒徑是按可見光的波長一半為標(biāo)準(zhǔn)的，即在150nm～350nm。并且作為白色基礎(chǔ)顏料，對(duì)雜質(zhì)特別是鐵類雜質(zhì)的增加非常敏感，要求粉碎時(shí)增加量小于5ppm。除此之外，還要求鈦白粉在不同的涂料體系中具有良好的分散性。因此，一般的機(jī)械式粉碎設(shè)備難以達(dá)到要求，所以鈦白粉的最終粉碎(成品粉碎)，目前國內(nèi)外均選用氣流粉碎機(jī)。根據(jù)鈦白粉的粉碎要求：粒度分布窄、夾雜增加少、分散性好等，及鈦白粉物料特性：粘度高、流動(dòng)性差、粒度細(xì)容易附壁等，目前國內(nèi)外鈦白生產(chǎn)廠家均選用具有自分級(jí)功能的扁平式氣流粉碎機(jī)作為鈦白粉的最終粉碎設(shè)備。并且使用過熱蒸汽為粉碎工質(zhì)。因蒸汽易得、便宜，蒸汽工質(zhì)的壓強(qiáng)比壓縮空氣高得多且也易提高，因而蒸汽氣流動(dòng)能比壓空大。同時(shí)過熱蒸汽的潔凈度比壓空高，粘度低、不帶靜電，而且粉碎的同時(shí)，可以消除物料因碰撞、摩擦而產(chǎn)生的靜電，減少粉后物料的二次內(nèi)聚現(xiàn)象。并且，在高溫狀況下粉碎，可提高鈦白粉的應(yīng)用分散性，增加鈦白粉的流動(dòng)性。使用過熱蒸汽能耗低，僅為壓縮空氣的30％～65％。另外，使用扁平式氣流磨，在粉碎的同時(shí)，可加入有機(jī)處理劑，對(duì)鈦白粉進(jìn)行表面有機(jī)改性，主要是改進(jìn)鈦白在各種介質(zhì)中的分散性能，其機(jī)理是改變鈦白的表面性質(zhì)。有機(jī)處理劑和鈦白顆粒表面的連接主要有二種方式，一種是物理吸附，另一種方式是化學(xué)吸附，即它與鈦白表面的羥基反應(yīng)而連接起來，使鈦白變?yōu)樵魉H油。常見的有機(jī)處理劑有TMP(三羥甲基丙烷)，TME(三羥甲基乙烷)，聚乙二醇，三乙醇胺，聚硅氧烷，硅烷等。

常用的氣流粉碎設(shè)備見圖1，主要包括收塵系統(tǒng)、扁平式氣流粉碎機(jī)和過熱蒸汽管線，扁平式氣流粉碎機(jī)上設(shè)置有進(jìn)料長管和粉碎蒸汽進(jìn)口；進(jìn)料長管端口處為送料蒸汽進(jìn)口，進(jìn)料長管上還設(shè)置有基料進(jìn)料口；過熱蒸汽管線包括蒸汽總管，蒸汽總管一端分枝為送料蒸汽管和粉碎蒸汽管，送料蒸汽管與送料蒸汽進(jìn)口相連，粉碎蒸汽管與粉碎蒸汽進(jìn)口相連。為了在粉碎的同時(shí)加入有機(jī)處理劑，通常在進(jìn)料長管上設(shè)置機(jī)處理劑進(jìn)料口，當(dāng)送料蒸汽通過送料蒸汽進(jìn)口處設(shè)置的噴嘴時(shí)，將產(chǎn)生高速蒸汽流，使得有機(jī)處理劑、基料和過熱蒸汽一同進(jìn)入氣流粉碎機(jī)的粉碎腔中。

有機(jī)處理劑的添加量一般在4.0～5.0kg/t.TiO2，加入方法是將有機(jī)處理劑采用脫鹽水配置成40～60％的水溶液，氣流粉碎機(jī)內(nèi)部極短時(shí)間內(nèi)完成粉碎，分級(jí)，分離，袋濾器收塵等到產(chǎn)品。其典型步驟如下：

(1)將由傳統(tǒng)方法(通常為硫酸法或氯化法)制得的粗二氧化鈦送入后處理工序，依次經(jīng)過預(yù)粉碎，砂磨，分級(jí)，無機(jī)和有機(jī)表面包膜處理，過濾，干燥后得到基料。

(2)啟動(dòng)氣流粉碎設(shè)備，利用過熱蒸汽對(duì)氣流粉碎設(shè)備進(jìn)行充分預(yù)熱，除水，干燥；

(3)預(yù)熱結(jié)束后，啟動(dòng)基料進(jìn)料設(shè)備，通過高速送料蒸汽往氣流粉碎機(jī)的粉碎腔中輸送基料，同時(shí)打開位于進(jìn)料長管上的有機(jī)處理劑進(jìn)料管使有機(jī)處理劑隨基料和送料蒸汽一同進(jìn)入粉碎腔中進(jìn)行氣流粉碎；

(4)待收塵系統(tǒng)正常出料后，收集產(chǎn)品。

由于每噸物料加入的有機(jī)處理劑的量只有5kg，占總重量的0.5％，加上固體半成品粉料本身存在計(jì)量難的問題，有機(jī)處理劑如何確保與氣粉基料的充分混合一直是個(gè)鈦白粉廠面對(duì)的一個(gè)重大技術(shù)難題，直接影響有機(jī)處理劑的加量，鈦白粉產(chǎn)品分散性能，進(jìn)而影響到鈦白粉產(chǎn)品的顏料性能的發(fā)揮。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了使氣流粉碎過程中有機(jī)處理劑與基料能夠均勻混合，提高鈦白粉的分散性能，提高顏料性能，本發(fā)明提供了一種鈦白粉氣流粉碎方法及設(shè)備。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：鈦白粉氣流粉碎方法，包括以下步驟：

鈦白粉氣流粉碎方法，包括以下步驟：

A、將粗二氧化鈦送入后處理工序制得基料；

B、對(duì)氣流粉碎設(shè)備進(jìn)行預(yù)熱、干燥；

C、往氣流粉碎機(jī)中輸送基料，同時(shí)通過過熱蒸汽管線上設(shè)置的的有機(jī)處理劑進(jìn)料管加入計(jì)量的有機(jī)處理劑；

D、待收塵系統(tǒng)正常出料后，收集產(chǎn)品。

本發(fā)明從改善氣流粉碎過程中有機(jī)處理劑與物料的均勻混合方式入手，創(chuàng)新性的采用有機(jī)處理劑與過熱蒸汽預(yù)混合的方式，然后采用該混合蒸汽直接進(jìn)行氣流粉碎。在該種工藝條件下，高溫，高壓，高流速的過熱蒸汽對(duì)有機(jī)處理劑進(jìn)行了充分的稀釋，預(yù)混，氣化，混合蒸汽進(jìn)入氣流粉碎機(jī)后與物料接觸更加充分，有效，均勻，能夠有效提高鈦白粉的分散性能。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟C中有機(jī)處理劑在過熱蒸汽管線中的停留時(shí)間不超過0.5秒。由于過熱蒸汽具有較高的溫度，如果有機(jī)處理劑與過熱蒸汽長時(shí)間接觸，高溫會(huì)導(dǎo)致有機(jī)處理劑的分解變黃，影響最終制得二氧化鈦的質(zhì)量，因此可通過控制接觸時(shí)間來避免這一情況發(fā)生。具體操作時(shí)，可通過調(diào)整有機(jī)處理劑進(jìn)料管的位置來控制有機(jī)處理劑流經(jīng)過熱蒸汽管線的時(shí)間，從而達(dá)到目的。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟C中有機(jī)處理劑的加入方式為通過高壓計(jì)量泵往蒸汽管線中輸送有機(jī)處理劑。過熱蒸汽管線中的過熱蒸汽的壓力一般為1.5～3.0MPa，普通計(jì)量泵難以達(dá)到該壓力值，因此無法將有機(jī)處理劑加入到蒸汽管道中；只有采用高壓計(jì)量泵才能將有機(jī)處理劑順利加入到蒸汽管線中。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟C中有機(jī)處理劑的加入方式為通過計(jì)量泵配合過熱蒸汽高速流動(dòng)產(chǎn)生的負(fù)壓將有機(jī)處理劑從有機(jī)處理劑進(jìn)料管吸入蒸汽管線中。本方案可以避免使用高壓計(jì)量泵，降低對(duì)設(shè)備的要求。具體操作時(shí)，可通過在有機(jī)處理劑進(jìn)料管與蒸汽管線連接處設(shè)置文丘里管(此處的文丘里管應(yīng)當(dāng)做廣義的理解，包括狹義的文丘里管和其它利用文丘里原理設(shè)計(jì)的管道系統(tǒng)，例如圖3例舉了其中的一種實(shí)施例)，通過過熱蒸汽流經(jīng)文丘里管產(chǎn)生的負(fù)壓與計(jì)量泵的配合即可將有機(jī)處理劑打入蒸汽管線中。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，氣流粉碎過程所用過熱蒸汽與基料的質(zhì)量比1.0:1.0～0.3。該比例過大則成本偏高且后工序氣固分離投資等加大；該比例過小則粉碎效果不好，不利于產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

本發(fā)明還提供了一種粉碎鈦白粉基料的氣流粉碎設(shè)備，包括收塵系統(tǒng)、扁平式氣流粉碎機(jī)和過熱蒸汽管線，所述扁平式氣流粉碎機(jī)上設(shè)置有進(jìn)料長管和粉碎蒸汽進(jìn)口；所述進(jìn)料長管端口處為送料蒸汽進(jìn)口，進(jìn)料長管上還設(shè)置有基料進(jìn)料口；所述過熱蒸汽管線包括蒸汽總管，蒸汽總管一端分枝為送料蒸汽管和粉碎蒸汽管，所述送料蒸汽管與送料蒸汽進(jìn)口相連，粉碎蒸汽管與粉碎蒸汽進(jìn)口相連；在過熱蒸汽管線上設(shè)置有有機(jī)處理劑進(jìn)料管，有機(jī)處理劑進(jìn)料管上連接有計(jì)量泵，有機(jī)處理劑可通過有機(jī)處理劑進(jìn)料管進(jìn)入過熱蒸汽管線中。

作為該氣流粉碎設(shè)備的進(jìn)一步改進(jìn)，所述計(jì)量泵為高壓計(jì)量泵。

作為該氣流粉碎設(shè)備的進(jìn)一步改進(jìn)，在有機(jī)處理劑進(jìn)料管與蒸汽管線連接處設(shè)置有文丘里管(此處的文丘里管應(yīng)當(dāng)做廣義的理解，包括狹義的文丘里管和其它利用文丘里原理設(shè)計(jì)的管道系統(tǒng)，例如圖3例舉了其中的一種實(shí)施例)。

作為該氣流粉碎設(shè)備的進(jìn)一步改進(jìn)，所述有機(jī)處理劑進(jìn)料管的設(shè)置位置為：有機(jī)處理劑進(jìn)入過熱蒸汽管線后流經(jīng)的任意一條路徑的長度均不超過15m。由于過熱蒸汽具有較高的溫度，如果有機(jī)處理劑與過熱蒸汽長時(shí)間接觸，高溫會(huì)導(dǎo)致有機(jī)處理劑的分解變黃，影響最終制得二氧化鈦的質(zhì)量，因此可通過控制接觸時(shí)間來避免這一情況發(fā)生。發(fā)明人通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得，如果有機(jī)處理劑在過熱蒸汽管線中的停留時(shí)間不超過0.5秒，可避免有機(jī)處理劑分解變黃，并計(jì)算得出有機(jī)處理劑進(jìn)入過熱蒸汽管線后流經(jīng)的路徑的長度不超過15m時(shí)，可將過熱蒸汽與有機(jī)處理劑在過熱蒸汽管線中的停留時(shí)間控制在0.5秒以內(nèi)。

作為該氣流粉碎設(shè)備的進(jìn)一步改進(jìn)，所述有機(jī)處理劑進(jìn)料管設(shè)置于蒸汽總管上。在本發(fā)明中，有機(jī)處理劑進(jìn)料管可設(shè)置在蒸汽總管上，也可以設(shè)置在粉碎蒸汽管和/或送料蒸汽管上?？紤]到有機(jī)處理劑與過熱蒸汽混合的充分性最好是將有機(jī)處理劑進(jìn)料管設(shè)置在蒸汽總管上。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明從改善氣流粉碎過程中有機(jī)處理劑與物料的均勻混合方式入手，創(chuàng)新性的采用有機(jī)處理劑與過熱蒸汽預(yù)混合的方式，然后采用該混合蒸汽直接進(jìn)行氣流粉碎。在該種工藝條件下，高溫，高壓，高流速的過熱蒸汽對(duì)有機(jī)處理劑進(jìn)行了充分的稀釋，預(yù)混，氣化，混合蒸汽進(jìn)入氣流粉碎機(jī)后與物料接觸更加充分，有效，均勻，能夠有效提高鈦白粉的分散性能。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的鈦白粉氣流粉碎設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的鈦白粉氣流粉碎設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是圖2的局部放大視圖。

圖中標(biāo)記為：1-扁平式氣流粉碎機(jī)，2-進(jìn)料長管，3-粉碎蒸汽進(jìn)口，4-送料蒸汽進(jìn)口，5-基料進(jìn)料口，6-蒸汽總管，7-送料蒸汽管，8-粉碎蒸汽管，9-有機(jī)處理劑進(jìn)料管，10-計(jì)量泵。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中的鈦白粉氣流粉碎設(shè)備，包括收塵系統(tǒng)、扁平式氣流粉碎機(jī)和過熱蒸汽管線，扁平式氣流粉碎機(jī)上設(shè)置有進(jìn)料長管和粉碎蒸汽進(jìn)口；進(jìn)料長管端口處為送料蒸汽進(jìn)口，進(jìn)料長管上還設(shè)置有基料進(jìn)料口和有機(jī)處理劑進(jìn)料管；過熱蒸汽管線包括蒸汽總管，蒸汽總管一端分枝為送料蒸汽管和粉碎蒸汽管，送料蒸汽管與送料蒸汽進(jìn)口相連，粉碎蒸汽管與粉碎蒸汽進(jìn)口相連。

如圖2和圖3所示，本發(fā)明的鈦白粉氣流粉碎設(shè)備，包括收塵系統(tǒng)、扁平式氣流粉碎機(jī)和過熱蒸汽管線，所述扁平式氣流粉碎機(jī)上設(shè)置有進(jìn)料長管和粉碎蒸汽進(jìn)口；所述進(jìn)料長管端口處為送料蒸汽進(jìn)口，進(jìn)料長管上還設(shè)置有基料進(jìn)料口；所述過熱蒸汽管線包括蒸汽總管，蒸汽總管一端分枝為送料蒸汽管和粉碎蒸汽管，所述送料蒸汽管與送料蒸汽進(jìn)口相連，粉碎蒸汽管與粉碎蒸汽進(jìn)口相連；在蒸汽總管上設(shè)置有有機(jī)處理劑進(jìn)料管，有機(jī)處理劑進(jìn)料管上連接有計(jì)量泵。有機(jī)處理劑進(jìn)料管口與送料蒸汽進(jìn)口和粉碎蒸汽進(jìn)口之間的管線長度分別為12m和10m。在有機(jī)處理劑進(jìn)料管與蒸汽管線連接處設(shè)置有文丘里管。

對(duì)比例：

如圖1所示，采用傳統(tǒng)工藝對(duì)基料進(jìn)行氣流粉碎：氣流粉碎機(jī)及收塵系統(tǒng)用過熱蒸汽預(yù)熱至系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)開啟位于進(jìn)料長管上的基料進(jìn)料口和有機(jī)處理劑進(jìn)料管，借助送料蒸汽向粉碎腔中輸送物料。維持粉碎蒸汽壓力1.5MPa，送料蒸汽1.0MPa，袋濾器溫度200℃，氣固比2.0，有機(jī)處理劑/TiO2＝0.005(質(zhì)量比)，氣流粉碎機(jī)進(jìn)料速率2.0t/h，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行至產(chǎn)生2000t產(chǎn)品，按20噸一個(gè)批號(hào)，檢驗(yàn)產(chǎn)品顏料性能，分散性。

實(shí)施例：

如圖2和圖3所示，采用本發(fā)明的方法基料進(jìn)行氣流粉碎：氣流粉碎機(jī)及收塵系統(tǒng)用過熱蒸汽預(yù)熱至系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)開啟位于進(jìn)料長管上的基料進(jìn)料口和位于蒸汽總管上的有機(jī)處理劑進(jìn)料管。通過進(jìn)料螺旋將基料送入進(jìn)料長管，通過計(jì)量泵和文丘里原理向蒸汽總管中注入有機(jī)處理劑，一部分有機(jī)處理劑隨進(jìn)料蒸汽進(jìn)入粉碎腔中，另一部分有機(jī)處理劑隨粉碎蒸汽進(jìn)入粉碎腔中。維持粉碎蒸汽壓力1.5MPa，送料蒸汽1.0MPa，袋濾器溫度200℃，氣固比2.0，有機(jī)處理劑/TiO2＝0.005(質(zhì)量比)，氣流粉碎機(jī)進(jìn)料速率2.0t/h，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行至產(chǎn)生2000t產(chǎn)品，按20噸一個(gè)批號(hào)，檢驗(yàn)產(chǎn)品顏料性能，分散性。

分別對(duì)對(duì)比例和實(shí)施例得到的產(chǎn)品進(jìn)行顏料性能和分散性檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表一：

表一：產(chǎn)品性能檢測(cè)表