粉體技術是以粉末和顆粒為對象 , 研究其加工及性質的一門新型的邊緣學科 , 是適應現代化工、電子、生物及其他新材料、新工藝對礦物及其他原材料的細度要求而發展的一項新的工藝技術。化纖消光用鈦白粉是將粒度為 0. 043 mm(325 目 ) 的銳鈦型二氧化鈦粉體深加工成產品粒度小于 0. 005 mm (2 500 目 ) 的二氧化鈦粉末 , 屬于超細粉碎的范疇( 對于金屬礦物 , 產品粒度小于 0. 010 mm 為超細粉 ) 。由于產品細 , 產品的比表面積和比表面能都大大增加。產品的物理化學性質也發生很大的變化 , 解決產品的團聚也成了關鍵。
化纖消光用鈦白粉的生產工藝過程有 : 粉體的澄清過程 ( 即溶解沉淀晶核成為粉體粒子 ); 粉體的分散、表面改性及微膠囊覆膜過程 ; 粉體的干燥過程 ; 粉體的粉碎及收集過程。
一 粉體的澄清過程
將一定量的 0. 043 mm(325 目 ) 的銳鈦型二氧化鈦和水通過加料裝置加入到一攪拌槽中 , 經過一定時間的攪拌 , 讓粉體在水中均勻分散 , 然后控制打開攪拌槽底部的過濾閥 , 混合液靠重力流入低位的若干澄清槽。粉體的澄清過程是超細鈦白粉制作的關鍵 , 它直接影響到后續的粉體的分散、表面改性及微膠囊覆膜過程以及成品
的粒度。粉體的沉降時間和沉降容積基于下述理論 : 將粉體置于溶劑 ( 水 ) 中攪拌至靜止 , 粉體粒子在溶劑中沉降 , 上部先變為透明 , 粉體在容器底部沉淀 , 沉淀粉體上部的透明面 ( 沉降面 ) 和位于下部已沉淀的表面 ( 沉積面 ) 離底部的高度隨著時間的變化而變化。沉降高度 h 按 h = vt 計算 , 式中 v 為沉降速度 , t
為沉降時間 ; 沉降容積 V 按 V = hA 計算 , 式中 A 為沉降的截面積。沉降容積與粉體的凝集性有關 , 凝集性大的粉體 , 其沉降容積和沉降速度也大。沉降容積受粉體和液體的極性影響。該澄清過程的溶劑是純的、單一的 , 所以水的極性和粉體的極性決定了沉降容積。二氧化鈦粉體在水中的沉降容積為 1. 1 mL/g , 沉降速度根
據 若干次實驗得出一經驗值 , 由此計算出沉積面的高度和沉降時間。沉降時間的控制決定了相同規格的澄清槽數量的分配。這樣就能保證整個工藝的連續性。每個澄清槽中沉積面上方的均勻性液體 , 通過不同高度的開孔依次高位溢流到后續進行的粉體的分散、表面改性及微膠囊覆膜過程的工序。料漿液槽下部的沉積二氧化鈦粉體則
通過放料閥進入濕式攪拌磨 , 磨好的細粉漿經計量控制返回到攪拌槽 , 構成局部閉路循環。
二 粉體的分散、表面改性及微膠囊覆膜過程
粉體的分散和許多因素有關 , 為了使其分散良好 , 粒子之間的相互作用力要大 , 粒子和分散介質的親和性要好。作用在粒子之間的排斥力產生的原因大致有 :
1 、在液體中分散的粉體粒子表面具有大量的同種電荷 , 粒子間因帶同種電荷而相斥 ;
2 、由于分散在介質中的粉體其粒子表面吸附 , 形成的吸附層之間隨粒子接近而相互排斥。
為使粒子表面電荷多 , 一般在分散體中加入電解質 , 使在表面吸附。本鈦白粉生產工藝中我們加入氨水作電解質 , 使粉體帶上同種電荷 , 這樣對以后產品的收集會有很大好處。成品粉碎后不易團聚 , 能較好地保證產品的細度。為了使吸附層之間的排斥力增大 , 使粒子表面吸附高分子物質、界面活性物質 , 經過改性后 , 粉體具
有較好的分散體系 , 能保證較好較細地微膠囊覆膜 , 保證了后續的粉體的干燥和粉體的粉碎及收集過程。
三 粉體的干燥過程
去氨后的漿液送入高速離心噴霧干燥器。由于界面活性劑在溫度超過 288 ℃ 時顏色會發生變化 , 從而影響鈦白粉的白度和產品質量 , 所以將噴霧干燥器的進口溫度設定為 280 ℃ 。為了保證在布袋收集器前 , 鈦白粉在管路內不黏壁 , 設定噴霧干燥器粉體出口溫度為 120 ℃ 。經過物料衡算和熱平衡計算 決定噴霧干燥器的系統參數和結構參數。
四 粉體的粉碎及收集過程
高速氣流粉碎技術是今后發展超細粉碎的方向。氣流粉碎的介質有 : 壓縮空氣、過熱蒸汽和惰性氣體。在化纖消光用鈦白粉生產工藝中 , 由于用壓縮空氣進行氣流粉碎會使鈦白粉粉體二次帶上靜電荷 , 可能會使粉體粒子帶上不同電荷 , 從而使成品發生團聚 , 影響產品的細度 , 設備投資也相應增加 ; 而用過熱蒸汽則可以消除上
述不利因素 , 然而進入氣流粉碎機的過熱蒸汽溫度最佳要在 300 ℃ 以上 , 蒸汽壓力 1. 0 MPa 左右 , 才能保證收集器出口氣體溫度在露點以上 , 可是這樣的溫度對界面活性劑又很不利 , 工藝流程相對復雜 , 設備投資也大大增加。所以我們選用了機械式超細粉碎機。機械式超細碎粉機由機座、機殼、兩端由軸承支承的水平主
軸 , 以及裝在軸上的若干葉輪刀片所構成 , 通過電動機直聯主軸進行高速旋轉。其粉碎原理是 : 來自噴霧干燥 器的 0. 14 mm(100 目 ) 的鈦白粉顆粒 , 由加料器定量連續加入粉碎室內 , 粉碎葉輪具有 30 °的扭轉角 , 有助于形成旋轉風壓 , 后段的若干葉輪不具有扭轉角 , 形成氣流阻力。前段的葉輪形成的風壓在粉碎室引起
氣流循環 , 顆粒之間相互沖擊、碰撞、摩擦、剪切 ; 同時受離心力作用 , 顆粒沖擊內壁受到撞擊、摩擦、剪切 , 被反復地粉碎成細粉 , 這樣 , 粗顆粒在前段隨加入的新物料連續被粉碎 , 細粉趨于氣流中心 , 由風機吸走 , 經布袋收集器收集。
粉碎產品的粒度可以通過調節粉碎機風量 ( 由粉碎機后端的風門控制 ) 來控制。實踐證明 , 粉碎產品的粒度隨風量增加而增大 , 產量也隨之增高。
