粉体技术是以粉末和颗粒为对象 , 研究其加工及性质的一门新型的边缘学科 , 是适应现代化工、电子、生物及其他新材料、新工艺对矿物及其他原材料的细度要求而发展的一项新的工艺技术。化纤消光用钛白粉是将粒度为 0. 043 mm(325 目 ) 的锐钛型二氧化钛粉体深加工成产品粒度小于 0. 005 mm (2 500 目 ) 的二氧化钛粉末 , 属于超细粉碎的范畴( 对于金属矿物 , 产品粒度小于 0. 010 mm 为超细粉 ) 。由于产品细 , 产品的比表面积和比表面能都大大增加。产品的物理化学性质也发生很大的变化 , 解决产品的团聚也成了关键。
化纤消光用钛白粉的生产工艺过程有 : 粉体的澄清过程 ( 即溶解沉淀晶核成为粉体粒子 ); 粉体的分散、表面改性及微胶囊覆膜过程 ; 粉体的干燥过程 ; 粉体的粉碎及收集过程。
1 　粉体的澄清过程
将一定量的 0. 043 mm(325 目 ) 的锐钛型二氧化钛和水通过加料装置加入到一搅拌槽中 , 经过一定时间的搅拌 , 让粉体在水中均匀分散 , 然后控制打开搅拌槽底部的过滤阀 , 混合液靠重力流入低位的若干澄清槽。粉体的澄清过程是超细钛白粉制作的关键 , 它直接影响到后续的粉体的分散、表面改性及微胶囊覆膜过程以及成品的粒度。粉体的沉降时间和沉降容积基于下述理论 : 将粉体置于溶剂 ( 水 ) 中搅拌至静止 , 粉体粒子在溶剂中沉降 , 上部先变为透明 , 粉体在容器底部沉淀 , 沉淀粉体上部的透明面 ( 沉降面 ) 和位于下部已沉淀的表面 ( 沉积面 ) 离底部的高度随着时间的变化而变化。沉降高度 h 按 h = vt 计算 , 式中 v 为沉降速度 , t 为沉降时间 ; 沉降容积 V 按 V = hA 计算 , 式中 A 为沉降的截面积。沉降容积与粉体的凝集性有关 , 凝集性大的粉体 , 其沉降容积和沉降速度也大。沉降容积受粉体和液体的极性影响。该澄清过程的溶剂是纯的、单一的 , 所以水的极性和粉体的极性决定了沉降容积。二氧化钛粉体在水中的沉降容积为 1. 1 mL/g , 沉降速度根据 若干次实验得出一经验值 , 由此计算出沉积面的高度和沉降时间。沉降时间的控制决定了相同规格的澄清槽数量的分配。这样就能保证整个工艺的连续性。每个澄清槽中沉积面上方的均匀性液体 , 通过不同高度的开孔依次高位溢流到后续进行的粉体的分散、表面改性及微胶囊覆膜过程的工序。料浆液槽下部的沉积二氧化钛粉体则通过放料阀进入湿式搅拌磨 , 磨好的细粉浆经计量控制返回到搅拌槽 , 构成局部闭路循环。
2 　粉体的分散、表面改性及微胶囊覆膜过程
粉体的分散和许多因素有关 , 为了使其分散良好 , 粒子之间的相互作用力要大 , 粒子和分散介质的亲和性要好。作用在粒子之间的排斥力产生的原因大致有 :
1 )、在液体中分散的粉体粒子表面具有大量的同种电荷 , 粒子间因带同种电荷而相斥 ;
2 )、由于分散在介质中的粉体其粒子表面吸附 , 形成的吸附层之间随粒子接近而相互排斥。
为使粒子表面电荷多 , 一般在分散体中加入电解质 , 使在表面吸附。本钛白粉生产工艺中我们加入氨水作电解质 , 使粉体带上同种电荷 , 这样对以后产品的收集会有很大好处。成品粉碎后不易团聚 , 能较好地保证产品的细度。为了使吸附层之间的排斥力增大 , 使粒子表面吸附高分子物质、界面活性物质 , 经过改性后 , 粉体具有较好的分散体系 , 能保证较好较细地微胶囊覆膜 , 保证了后续的粉体的干燥和粉体的粉碎及收集过程。
3 　粉体的干燥过程
去氨后的浆液送入高速离心喷雾干燥器。由于界面活性剂在温度超过 288 ℃ 时颜色会发生变化 , 从而影响钛白粉的白度和产品质量 , 所以将喷雾干燥器的进口温度设定为 280 ℃ 。为了保证在布袋收集器前 , 钛白粉在管路内不黏壁 , 设定喷雾干燥器粉体出口温度为 120 ℃ 。经过物料衡算和热平衡计算决定喷雾干燥器的系统参数和结构参数。
4 　粉体的粉碎及收集过程
高速气流粉碎技术是今后发展超细粉碎的方向。气流粉碎的介质有 : 压缩空气、过热蒸汽和惰性气体。在化纤消光用钛白粉生产工艺中 , 由于用压缩空气进行气流粉碎会使钛白粉粉体二次带上静电荷 , 可能会使粉体粒子带上不同电荷 , 从而使成品发生团聚 , 影响产品的细度 , 设备投资也相应增加 ; 而用过热蒸汽则可以消除上述不利因素 , 然而进入气流粉碎机的过热蒸汽温度最佳要在 300 ℃ 以上 , 蒸汽压力 1. 0 MPa 左右 , 才能保证收集器出口气体温度在露点以上 , 可是这样的温度对界面活性剂又很不利 , 工艺流程相对复杂 , 设备投资也大大增加。所以我们选用了机械式超细粉碎机。机械式超细碎粉机由机座、机壳、两端由轴承支承的水平主轴 , 以及装在轴上的若干叶轮刀片所构成 , 通过电动机直联主轴进行高速旋转。其粉碎原理是 : 来自喷雾干燥 器的 0. 14 mm(100 目 ) 的钛白粉颗粒 , 由加料器定量连续加入粉碎室内 , 粉碎叶轮具有 30 °的扭转角 , 有助于形成旋转风压 , 后段的若干叶轮不具有扭转角 , 形成气流阻力。前段的叶轮形成的风压在粉碎室引起气流循环 , 颗粒之间相互冲击、碰撞、摩擦、剪切 ; 同时受离心力作用 , 颗粒冲击内壁受到撞击、摩擦、剪切 , 被反复地粉碎成细粉 , 这样 , 粗颗粒在前段随加入的新物料连续被粉碎 , 细粉趋于气流中心 , 由风机吸走 , 经布袋收集器收集。
粉碎产品的粒度可以通过调节粉碎机风量 ( 由粉碎机后端的风门控制 ) 来控制。实践证明 , 粉碎产品的粒度随风量增加而增大 , 产量也随之增高。