不同分散剂对提高钛白粉生产过程中分散效果的研究

0 前言

在钛白粉生产过程中，通常要对半成品进行研磨，使其具备合格的粒度，然后才能进行表面处理。在这个过程中，钛白粉如不能充分分散，就会产生团聚，使研磨难以进行。在实际生产中选用合适的分散剂能为很大程度上提高产品的性能。如王泽红在赤铁矿中入0.8%(占试样质量分数)的六偏磷酸钠，可使磨矿产品中-0.074 mm的含量提高30.25个百分点；左倩等研究表明硅酸钠对微细粒的分散效果显著。陈强等研究了硅酸钠和六偏磷酸钠在高岭土中的应用，取得了相当好的成果。同样，把硅酸钠和六偏磷酸钠运用在钛白粉生产中也可带来比较好的效果。

1 材料与方法

1.1 原理

硅酸钠和六偏磷酸钠是工业生产中常用的分散剂，在选矿加工过程中应用也比较广泛。它们均为无机分散剂，都属于阴离子型。在使用过程中，阴离子黏附在矿物的表面，形成亲水性的颗粒，最终使矿浆悬浮，达到分散的目的。

1.2 试验样品及性质

本次试验用样品取自道恩钛业有限公司，样品粉3种，分别是3个回转窑煅烧后经辊压磨的产品。样品密封保存备用。

取3种样品少量，进行X射线荧光光谱分析，分析结果见表1。

由表1可以看出，此3种样品所含物质种类大体相同，二氧化钛占据绝大部分，甚至达到98%以上，其中3号产品的二氧化钛含量最高。在其他物质含量中，3号样品的氧化锌含量最高，剩余的微量元素含量差别不大。

1.3 试验用药品

本试验用的硅酸钠和六偏磷酸钠均为分析纯。把硅酸钠和六偏磷酸钠用去离子水配制成100 g/L的溶液，密封保存备用。

1.4 两种分散剂对不同浓度的原料分散效果

1.4.1 原料的自然分散效果(无分散剂)

将3种样品分别用去离子水配制成600 g/L、700g/L、800 g/L的水溶液若干组，放入适当的烧杯中搅拌。搅拌速度为2 000 r/min，搅拌20 min。搅拌完毕后立即用旋转黏度计测黏度。每组试验重复3次，取平均值作为最终试验值。试验数据见表2。

1.4.2 硅酸钠对不同浓度原料的分散效果

将原料按1.4.1配制成若干组溶液，放入硅酸钠的量(与原料干重的比值)为0.5%，混合后放在适当的烧杯中搅拌。搅拌条件与1.4.1一致，搅拌完毕后立即测量黏度，重复3次取平均值为最终值。结果见表3。

表3 硅酸钠对不同浓度原料的分散效果

1.4.3 六偏磷酸钠对不同浓度原料的分散效果

按1.4.2步骤重复试验，加入六偏磷酸钠的量(与原料干重的比值)为0.5%。结果见表4。

表4 六偏磷酸钠对不同浓度原料的分散效果

2 结果与分析

由于不同浓度的同种物质的溶液黏度是不一样的，为了便于比较引入分散效率(ζ)这个物理量，见式(1)。

式(1)中，ζ为分散效率；μ表示物料配制成某浓度时的黏度，mPa · s；μ1表示该物料配制成某浓度时加入分散剂的黏度，mPa · s。

分散效率可以在不同浓度的溶液之间比较分散剂的作用效果，比单纯的黏度比较要好得多。

2.1 硅酸钠分散结果

根据表2和表3可以看出，同种样品的黏度随着浓度的增加而增加(加入硅酸钠的量相同)，这主要是因为浓度的增加使溶液体系中粒子间距变小，粒子间接触频繁，容易产生团聚，形成大颗粒，导致黏度的增加。同种浓度下的溶液一般3号样品的黏度最小，1号的黏度最大，说明硅酸钠对3号样品的分散效果最好。具体分散效率见表5。

从表5可以看出硅酸钠的分散效果大体上是浓度越高越好，对于3号样品的分散效果最好，分散效率可以达到99%。

2.2 六偏磷酸钠的分散结果

通过表2～表4的比较可以看出六偏磷酸钠的分散结果要比硅酸钠差很多，相同条件下黏度是硅酸钠的4～13倍，分散效果不是很理想。具体分散效率见表6。

3 分散机理

分散剂的作用就是使溶液中要分散的大颗粒粒子间距变大，使整个溶液的黏度下降。硅酸钠和六偏磷酸钠是常用的阴离子分散剂，它们在水中电离形成阴离子，并具有一定的表面活性，大颗粒状的粒子表面会有孔洞或带有正电荷(水解产生)，从而能吸附阴离子。

大颗粒粒子表面吸附分散剂后形成双电层，阴离子被粒子表面紧密吸附(见图1)，被称为表面离子。在介质中带相反电荷的离子称为反离子。它们被表面离子通过静电吸附，反离子中的一部分与粒子及表面离子结合得比较紧密，它们称束缚反离子。它们与介质成为运动整体，带有负电荷，另一部分反离子则包围在周围，它们称为自由反离子，形成扩散层。这样在表面离子和反离子之间就形成双电层。在介质运动过程中，颗粒与颗粒、双电层与双电层之间由于带有相同的电荷，会产生静电排斥，从而使大颗粒之间难以相互接触甚至团聚成更大的颗粒。硅酸钠属于强碱弱酸盐，在水中强烈水解，水溶液呈碱性。水解如下：