钛白粉工艺流程（钛白粉无机包覆方法及原理）

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钛白粉工艺流程

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　　为满足实际工业中对钛白粉应用性能的要求，国内外学者进行了大量钛白粉无机包覆实验研究。其中，钛白粉包覆层多为Al3 、Si4 、Zr4 、Be2 、Ti4 、Mg2 、Mn2 、Cr3 、Ce4 等水合氧化物或氢氧化物。目前工业生产中，Al3 、Si4 、Zr4 应用最为广泛。　　　　1、钛白粉无机包覆方法　　　　依据无机包覆环境的不同，可分为干法和湿法两种，湿法包覆工艺应用最为广泛。　　　　（1）干法　　　　干法包覆是通过气流载带作用，采用喷雾法使一种金属卤化物吸附于钛白粉颗粒表面，在过热蒸汽等含水条件下水解，或在氧化条件下焙烧氧化。　　　　该工艺流程短，设备成本低，易于连续自动化操作。但其颗粒增长速度快，过程控制难，产品稳定性差，限制了其应用。　　　　（2）湿法　　　　以水（或其他溶剂）为介质，进行钛白粉包覆的工艺称为湿法包覆。湿法包覆可分为煮沸法、中和法和碳化法。　　　　煮沸法：在强加热条件下，包覆剂水解，沉积于钛白粉颗粒表面，形成包覆层。该工艺过程控制难，水解不完全，适应性差。　　　　中和法：采用酸碱中和，在钛白粉颗粒表面持续反应成膜。中和法又可分为以下三类：　　①加碱中和沉淀酸性包覆剂，常用的碱性沉淀剂有NH3•H2O、NaOH、Na2CO3等；②加酸中和沉淀碱性包覆剂，常用酸性沉淀剂有H3PO4、H2SO4、HNO3、HCl；③酸性及碱性包覆剂共沉淀，常见有Al2(SO4)3与NaAlO2共沉淀等。　　　　在反应过程中，酸、碱中和剂与包覆剂中阴离子及阳离子同时反应形成沉淀，故包覆层并非纯水合氧化物。刘不尽等在包覆过程中通过加入含磷化合物，反应生成了磷酸铝、磷酸锆等沉淀，明显提升了钛白粉的耐候性。　　　　碳化法：将CO2气体通入含有包覆剂的碱性钛白粉悬浮液中，使包覆剂在TiO2颗粒表面缓慢沉淀成膜。该工艺应用于Si-Al复合包覆，所得产品包覆层更均匀，光稳定性更强。　　　　上述无机包覆方法中，中和湿法包覆工艺因其条件及包覆层可控，产品稳定等优势，成为现阶段实际工业生产中最常用的方法。　　　　2、钛白粉无机包覆机理　　　　（1）静电吸附理论　　　　静电吸附理论认为，钛白粉颗粒表面与包覆剂带相反电荷，包覆剂在库仑力作用下吸附于钛白粉颗粒表面。　　Homola等研究发现，钛白粉浆料在一定反应pH值范围内，与其表面带相反电荷的包覆剂通过静电作用吸附沉积于钛白粉颗粒表面形成包覆层。静电吸附理论具有一定局限性，不能解释在钛白粉表面形成包覆层并持续增厚的动力学问题。　　　　（2）化学键合理论　　　　化学键合理论认为，包覆剂在钛白粉颗粒表面并非简单物理粘附，而存在牢固的化学键。包覆剂沉淀形成羟基水合氧化物，与钛白粉颗粒表面羟基缩合形成羟桥，形成结合牢固的化学键。　　　　Wu等以硬脂酸盐为包覆剂，进行了表面包覆机理研究，结果表明，硬脂酸的羧基与钛白粉表面羟基发生缩合，形成稳定不易脱落的硬脂酸包覆层。化学键合理论更容易被广大学者所接受。　　　　（3）异相成核理论　　　　异相成核理论认为，在异相晶体表面形成晶核，其表面能明显小于均相成核，故异相表面成核优于自身均相成核，为钛白粉表面包覆创造了有利条件。钛白粉无机包覆过程中，溶液逐渐反应形成溶胶，当溶胶浓度低，易于钛白粉颗粒表面成核，降低体系自由能。新相生成后在相同或相似基底上优先沉淀，新生成溶胶在钛白粉颗粒表面继续成核并生长成膜。　　　　（4）溶胶-吸附-凝胶-成膜理论　　　　溶胶-吸附-凝胶-成膜理论认为，包覆剂水解形成溶胶后，在库仑力作用下吸附至钛白粉颗粒表面，溶胶表面羟基与钛白粉表面羟基缩合，新生成溶胶将在钛白粉表面继续成核并生长成膜。因此，钛白粉表面包覆过程是静电吸附、表面化学键合及异相成核三者的结合。　　　　资料来源：《董雄波. 钛白粉表面无机包覆微观结构调控及性能优化机理研究[D].中国矿业大学(北京),2020》，由【粉体技术网】编辑整理，转载请注明出处！