钛白粉气流粉碎方法及设备与流程

本发明涉及一种钛白粉生产工艺和设备，尤其是一种钛白粉后处理方法和设备。

背景技术：

钛白粉化学性质稳定，在一般情况下与大部分物质不发生反应。在自然界中二氧化钛有三种结晶：板钛型、锐钛和金红石型。板钛型是不稳定的晶型，无工业利用价值，锐钛型(Anatase)简称A型，和金红石型(Rutile)简称R型，都具有稳定的晶格，是重要的白色颜料和瓷器釉料，与其他白色颜料比较有优越的白度、着色力、遮盖力、耐候性、耐热性、和化学稳定性，特别是没有毒性，是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。

国内生产钛白粉的工序主要有硫酸法和氯化法，不管是采用哪种方法，都要对最后制得的粗二氧化钛进行各种后处理以弥补它的光活性缺陷，并改变它的表面性质。后处理包括预粉碎，砂磨，分级，无机和有机表面包膜处理，过滤，干燥、气流粉碎和计量包装等，从而获得表面性质好，高白度，分散性高的金红石型二氧化钛成品。

颜料用二氧化钛最重要的作用在于它被分散在介质中和涂在表面上(用作涂料)时的不透明性，这是二氧化钛主要的光学性能。与不透明性在不同程度上相互关联的重要光学性能是亮度、白度、色相、着色力和遮盖力。二氧化钛的不透明性很大程度上取决于两种首要的特性，即折射率和颗粒特性，颗粒特性包括粒度、粒度分布和颗粒形状。另外，二氧化钛在各种介质和设备中的分散能力也是很重要的因素。因为，在大多数情况下颜料的光学性能能否充分显现出来，还取决于二氧化钛的分散性如何，而分散性往往又和颗粒特性及表面性质密切相关。

钛白粉对粒度及粒度分布，纯度要求非常高，一般钛白粉的制取粒径是按可见光的波长一半为标准的，即在150nm～350nm。并且作为白色基础颜料，对杂质特别是铁类杂质的增加非常敏感，要求粉碎时增加量小于5ppm。除此之外，还要求钛白粉在不同的涂料体系中具有良好的分散性。因此，一般的机械式粉碎设备难以达到要求，所以钛白粉的最终粉碎(成品粉碎)，目前国内外均选用气流粉碎机。根据钛白粉的粉碎要求：粒度分布窄、夹杂增加少、分散性好等，及钛白粉物料特性：粘度高、流动性差、粒度细容易附壁等，目前国内外钛白生产厂家均选用具有自分级功能的扁平式气流粉碎机作为钛白粉的最终粉碎设备。并且使用过热蒸汽为粉碎工质。因蒸汽易得、便宜，蒸汽工质的压强比压缩空气高得多且也易提高，因而蒸汽气流动能比压空大。同时过热蒸汽的洁净度比压空高，粘度低、不带静电，而且粉碎的同时，可以消除物料因碰撞、摩擦而产生的静电，减少粉后物料的二次内聚现象。并且，在高温状况下粉碎，可提高钛白粉的应用分散性，增加钛白粉的流动性。使用过热蒸汽能耗低，仅为压缩空气的30％～65％。另外，使用扁平式气流磨，在粉碎的同时，可加入有机处理剂，对钛白粉进行表面有机改性，主要是改进钛白在各种介质中的分散性能，其机理是改变钛白的表面性质。有机处理剂和钛白颗粒表面的连接主要有二种方式，一种是物理吸附，另一种方式是化学吸附，即它与钛白表面的羟基反应而连接起来，使钛白变为憎水而亲油。常见的有机处理剂有TMP(三羟甲基丙烷)，TME(三羟甲基乙烷)，聚乙二醇，三乙醇胺，聚硅氧烷，硅烷等。

常用的气流粉碎设备见图1，主要包括收尘系统、扁平式气流粉碎机和过热蒸汽管线，扁平式气流粉碎机上设置有进料长管和粉碎蒸汽进口；进料长管端口处为送料蒸汽进口，进料长管上还设置有基料进料口；过热蒸汽管线包括蒸汽总管，蒸汽总管一端分枝为送料蒸汽管和粉碎蒸汽管，送料蒸汽管与送料蒸汽进口相连，粉碎蒸汽管与粉碎蒸汽进口相连。为了在粉碎的同时加入有机处理剂，通常在进料长管上设置机处理剂进料口，当送料蒸汽通过送料蒸汽进口处设置的喷嘴时，将产生高速蒸汽流，使得有机处理剂、基料和过热蒸汽一同进入气流粉碎机的粉碎腔中。

有机处理剂的添加量一般在4.0～5.0kg/t.TiO2，加入方法是将有机处理剂采用脱盐水配置成40～60％的水溶液，气流粉碎机内部极短时间内完成粉碎，分级，分离，袋滤器收尘等到产品。其典型步骤如下：

(1)将由传统方法(通常为硫酸法或氯化法)制得的粗二氧化钛送入后处理工序，依次经过预粉碎，砂磨，分级，无机和有机表面包膜处理，过滤，干燥后得到基料。

(2)启动气流粉碎设备，利用过热蒸汽对气流粉碎设备进行充分预热，除水，干燥；

(3)预热结束后，启动基料进料设备，通过高速送料蒸汽往气流粉碎机的粉碎腔中输送基料，同时打开位于进料长管上的有机处理剂进料管使有机处理剂随基料和送料蒸汽一同进入粉碎腔中进行气流粉碎；

(4)待收尘系统正常出料后，收集产品。

由于每吨物料加入的有机处理剂的量只有5kg，占总重量的0.5％，加上固体半成品粉料本身存在计量难的问题，有机处理剂如何确保与气粉基料的充分混合一直是个钛白粉厂面对的一个重大技术难题，直接影响有机处理剂的加量，钛白粉产品分散性能，进而影响到钛白粉产品的颜料性能的发挥。

技术实现要素：

为了使气流粉碎过程中有机处理剂与基料能够均匀混合，提高钛白粉的分散性能，提高颜料性能，本发明提供了一种钛白粉气流粉碎方法及设备。

本发明所采用的技术方案是：钛白粉气流粉碎方法，包括以下步骤：

钛白粉气流粉碎方法，包括以下步骤：

A、将粗二氧化钛送入后处理工序制得基料；

B、对气流粉碎设备进行预热、干燥；

C、往气流粉碎机中输送基料，同时通过过热蒸汽管线上设置的的有机处理剂进料管加入计量的有机处理剂；

D、待收尘系统正常出料后，收集产品。

本发明从改善气流粉碎过程中有机处理剂与物料的均匀混合方式入手，创新性的采用有机处理剂与过热蒸汽预混合的方式，然后采用该混合蒸汽直接进行气流粉碎。在该种工艺条件下，高温，高压，高流速的过热蒸汽对有机处理剂进行了充分的稀释，预混，气化，混合蒸汽进入气流粉碎机后与物料接触更加充分，有效，均匀，能够有效提高钛白粉的分散性能。

作为本发明的进一步改进，步骤C中有机处理剂在过热蒸汽管线中的停留时间不超过0.5秒。由于过热蒸汽具有较高的温度，如果有机处理剂与过热蒸汽长时间接触，高温会导致有机处理剂的分解变黄，影响最终制得二氧化钛的质量，因此可通过控制接触时间来避免这一情况发生。具体操作时，可通过调整有机处理剂进料管的位置来控制有机处理剂流经过热蒸汽管线的时间，从而达到目的。

作为本发明的进一步改进，步骤C中有机处理剂的加入方式为通过高压计量泵往蒸汽管线中输送有机处理剂。过热蒸汽管线中的过热蒸汽的压力一般为1.5～3.0MPa，普通计量泵难以达到该压力值，因此无法将有机处理剂加入到蒸汽管道中；只有采用高压计量泵才能将有机处理剂顺利加入到蒸汽管线中。

作为本发明的进一步改进，步骤C中有机处理剂的加入方式为通过计量泵配合过热蒸汽高速流动产生的负压将有机处理剂从有机处理剂进料管吸入蒸汽管线中。本方案可以避免使用高压计量泵，降低对设备的要求。具体操作时，可通过在有机处理剂进料管与蒸汽管线连接处设置文丘里管(此处的文丘里管应当做广义的理解，包括狭义的文丘里管和其它利用文丘里原理设计的管道系统，例如图3例举了其中的一种实施例)，通过过热蒸汽流经文丘里管产生的负压与计量泵的配合即可将有机处理剂打入蒸汽管线中。

作为本发明的进一步改进，气流粉碎过程所用过热蒸汽与基料的质量比1.0:1.0～0.3。该比例过大则成本偏高且后工序气固分离投资等加大；该比例过小则粉碎效果不好，不利于产品质量稳定。

本发明还提供了一种粉碎钛白粉基料的气流粉碎设备，包括收尘系统、扁平式气流粉碎机和过热蒸汽管线，所述扁平式气流粉碎机上设置有进料长管和粉碎蒸汽进口；所述进料长管端口处为送料蒸汽进口，进料长管上还设置有基料进料口；所述过热蒸汽管线包括蒸汽总管，蒸汽总管一端分枝为送料蒸汽管和粉碎蒸汽管，所述送料蒸汽管与送料蒸汽进口相连，粉碎蒸汽管与粉碎蒸汽进口相连；在过热蒸汽管线上设置有有机处理剂进料管，有机处理剂进料管上连接有计量泵，有机处理剂可通过有机处理剂进料管进入过热蒸汽管线中。

作为该气流粉碎设备的进一步改进，所述计量泵为高压计量泵。

作为该气流粉碎设备的进一步改进，在有机处理剂进料管与蒸汽管线连接处设置有文丘里管(此处的文丘里管应当做广义的理解，包括狭义的文丘里管和其它利用文丘里原理设计的管道系统，例如图3例举了其中的一种实施例)。

作为该气流粉碎设备的进一步改进，所述有机处理剂进料管的设置位置为：有机处理剂进入过热蒸汽管线后流经的任意一条路径的长度均不超过15m。由于过热蒸汽具有较高的温度，如果有机处理剂与过热蒸汽长时间接触，高温会导致有机处理剂的分解变黄，影响最终制得二氧化钛的质量，因此可通过控制接触时间来避免这一情况发生。发明人通过实验测得，如果有机处理剂在过热蒸汽管线中的停留时间不超过0.5秒，可避免有机处理剂分解变黄，并计算得出有机处理剂进入过热蒸汽管线后流经的路径的长度不超过15m时，可将过热蒸汽与有机处理剂在过热蒸汽管线中的停留时间控制在0.5秒以内。

作为该气流粉碎设备的进一步改进，所述有机处理剂进料管设置于蒸汽总管上。在本发明中，有机处理剂进料管可设置在蒸汽总管上，也可以设置在粉碎蒸汽管和/或送料蒸汽管上。考虑到有机处理剂与过热蒸汽混合的充分性最好是将有机处理剂进料管设置在蒸汽总管上。

本发明的有益效果是：本发明从改善气流粉碎过程中有机处理剂与物料的均匀混合方式入手，创新性的采用有机处理剂与过热蒸汽预混合的方式，然后采用该混合蒸汽直接进行气流粉碎。在该种工艺条件下，高温，高压，高流速的过热蒸汽对有机处理剂进行了充分的稀释，预混，气化，混合蒸汽进入气流粉碎机后与物料接触更加充分，有效，均匀，能够有效提高钛白粉的分散性能。

附图说明

图1是现有技术的钛白粉气流粉碎设备结构示意图。

图2是本发明的钛白粉气流粉碎设备结构示意图。

图3是图2的局部放大视图。

图中标记为：1-扁平式气流粉碎机，2-进料长管，3-粉碎蒸汽进口，4-送料蒸汽进口，5-基料进料口，6-蒸汽总管，7-送料蒸汽管，8-粉碎蒸汽管，9-有机处理剂进料管，10-计量泵。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，现有技术中的钛白粉气流粉碎设备，包括收尘系统、扁平式气流粉碎机和过热蒸汽管线，扁平式气流粉碎机上设置有进料长管和粉碎蒸汽进口；进料长管端口处为送料蒸汽进口，进料长管上还设置有基料进料口和有机处理剂进料管；过热蒸汽管线包括蒸汽总管，蒸汽总管一端分枝为送料蒸汽管和粉碎蒸汽管，送料蒸汽管与送料蒸汽进口相连，粉碎蒸汽管与粉碎蒸汽进口相连。

如图2和图3所示，本发明的钛白粉气流粉碎设备，包括收尘系统、扁平式气流粉碎机和过热蒸汽管线，所述扁平式气流粉碎机上设置有进料长管和粉碎蒸汽进口；所述进料长管端口处为送料蒸汽进口，进料长管上还设置有基料进料口；所述过热蒸汽管线包括蒸汽总管，蒸汽总管一端分枝为送料蒸汽管和粉碎蒸汽管，所述送料蒸汽管与送料蒸汽进口相连，粉碎蒸汽管与粉碎蒸汽进口相连；在蒸汽总管上设置有有机处理剂进料管，有机处理剂进料管上连接有计量泵。有机处理剂进料管口与送料蒸汽进口和粉碎蒸汽进口之间的管线长度分别为12m和10m。在有机处理剂进料管与蒸汽管线连接处设置有文丘里管。

对比例：

如图1所示，采用传统工艺对基料进行气流粉碎：气流粉碎机及收尘系统用过热蒸汽预热至系统稳定，同时开启位于进料长管上的基料进料口和有机处理剂进料管，借助送料蒸汽向粉碎腔中输送物料。维持粉碎蒸汽压力1.5MPa，送料蒸汽1.0MPa，袋滤器温度200℃，气固比2.0，有机处理剂/TiO2＝0.005(质量比)，气流粉碎机进料速率2.0t/h，系统稳定运行至产生2000t产品，按20吨一个批号，检验产品颜料性能，分散性。

实施例：

如图2和图3所示，采用本发明的方法基料进行气流粉碎：气流粉碎机及收尘系统用过热蒸汽预热至系统稳定，同时开启位于进料长管上的基料进料口和位于蒸汽总管上的有机处理剂进料管。通过进料螺旋将基料送入进料长管，通过计量泵和文丘里原理向蒸汽总管中注入有机处理剂，一部分有机处理剂随进料蒸汽进入粉碎腔中，另一部分有机处理剂随粉碎蒸汽进入粉碎腔中。维持粉碎蒸汽压力1.5MPa，送料蒸汽1.0MPa，袋滤器温度200℃，气固比2.0，有机处理剂/TiO2＝0.005(质量比)，气流粉碎机进料速率2.0t/h，系统稳定运行至产生2000t产品，按20吨一个批号，检验产品颜料性能，分散性。

分别对对比例和实施例得到的产品进行颜料性能和分散性检测，检测结果见表一：

表一：产品性能检测表