太白粉

p style=" text-indent: 2em " 近来，面对澳大利亚、加拿大和南非等主要生产商高品位金红石和钛渣的产量下降，欧洲颜料生产厂商面临着钛原料短缺的问题。 /p p style=" text-indent: 2em " 其中，ILUKA关闭Murray Basin已经导致今年市场减少20000吨金红石和白钛石的供给，而这也反映在了钛白粉生产商Tronox所公布的业绩之中。并且Sibelco的Stradbroke Island项目也即将关闭，由此，截至2020年市场上又将减少35000吨金红石的供应量。 /p p style=" text-indent: 2em " 供应紧张引发了今年第三季度金红石价格的上涨。据《工业矿物》（Industrial Minerals）公布数据，& nbsp 7月5日到7月中旬，来自中国出口最低含量95%的散装钛白粉CIF（到港）价已经从每吨850-950美元涨到了950-1100美元；而来自澳大利亚的FOB（到岸）价也从每吨800-900美元涨到了930-1020美元。 /p p style=" text-indent: 2em " 高端原材料如金红石的供应吃紧继而推高钛白粉溢价，毕竟只有少数企业有技术实力采用或是切换其他材料生产。比如，世界第二大钛白粉生产商康诺斯（Kronos），去年购买了全球38%的金红石，受目前原材料紧缺影响，其钛白粉交货期正在延后，甚至达到8周之久。 /p

日前，马尔文帕纳科组织多位应用专家到访国内钛白粉领军企业技术中心，带去了包含XRF、XRD、激光衍射、DLS、ELS等多种先进表征技术在钛白粉行业及其衍生品方面的应用推介，对其现有多台马尔文帕纳科的检测仪器的日常使用注意事项及维护做了详细的讲解，并于与会者进行了深入的交流和讨论。钛白粉是一种重要的无机化工原料，主要成分为二氧化钛（TiO2），密度很小，具有无毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，被认为时目前世界上性能最好的一种白色颜料，具有广泛应用于涂料、油墨、造纸、塑料橡胶、印刷、化纤、陶瓷、化妆品、食品、医药等工业领域。钛白粉的主要原料为钛铁矿，也称为钛磁铁矿，是以多种金属元素共生的复合矿，主要以含铁、钒、钛等金属元素。其制造方法主要有两种：硫酸法和氯化法，对产品质控的要求主要集中在TiO2的含量、亮度、消色力、挥发物、悬浮物、吸油量、筛余物、水萃取液电阻率、金红石含量等。马尔文帕纳科XRF、XRD以及激光衍射、DLS、ELS、静态图像等分析技术可以应为钛白粉行业提供用于原材料、钛白粉及其衍生品的元素分析、晶型鉴定、颗粒粒度及粒度分布、粒形、稳定性等多方面的应用。此文只涉及元素含量、晶型结构和粒度分析。 一、XRF 元素分析在钛白粉行业的应用作为钛白粉原材料的钒钛磁铁成分分析使用的方法为原地质矿产部行业规范DZG93-07《岩石矿石分析规程》中《钒钛磁铁矿石分析规程》[1-2]。该规程中采用化学分析方法，样品用酸溶法或碱熔法溶（熔）矿，再分别用容量分析法测定铁和钛，然后用容量分析法、原子吸收法、比色法等分别测定钙、镁、铝、铬、钒、硅、硫、磷、锰、铜、钴、镍等元素。因此，化学分析方法要完成以上元素的分析，分析周期长，操作繁琐，成本高，劳动强度大，污染严重，已经远远不能满足快速测定的需求。而XRF作为一种快速、无损的元素分析手段已被广泛地应用于钛白粉原料及成品、衍生品的生产过程控制。样品前处理对于XRF在钛白粉行业内的应用极为重要，针对不同类型的原料和产品，需要采用相应的手段进行研磨、压片或者熔融处理以获得最佳的应用效果，现场针对XRF技术在实际工作中的应用进行了详细而深入的分享与探讨。粉末压片法针对钛白粉、高钛渣、钛铁矿均可采用电动玛瑙或人工研磨（玛瑙研体），但要注意，高钛渣和钛铁矿不能与钛白粉使用同一个玛瑙研体，否则会造成样品污染，造成制样误差。由于钛白粉中钛含量高，粉末压片法即可获得较好的精度和重复性良好的结果。而对于成分复杂的高钛渣和钛铁矿来说测量重复性不好。而玻璃熔融法相对于粉末压片法来可以最大程度地消除样品的矿物效应和、不均匀性和粒度效应，配备专业的熔融制样设备，可以获得更好的重复性。下表中列出了熔融制样设备在制备高钛渣或钛铁矿时的参数及程序设置。在钛白粉相关应用中，建议测了条件设置见下表在软件程序条件选择中，需注意Ti，V，Cr之间的干扰，比如谱线的选择、分光晶体的选择和背景位置的选择等。 二、XRD 在钛白粉行业中的应用众所周知，钛铁矿是钛白粉的主要原料，目前国内几乎所有的钛白粉厂都使用它作为原料。而二氧化钛品位的高低是钛白粉生产厂家选择钛铁矿时首先考虑的因素，它直接影响收率和成本，通常一般矿中的二氧化钛含量应不低于47%。我们知道二氧化钛（TiO2）在自然界有三种结晶形态（三种同分异构体），分别是：金红石型和锐钛型和板钛型。金红石型是二氧化钛最稳定的结晶形态，结构致密，与锐钛型相比有较高的硬度、密度、介电常数与折光率。二氧化钛品位过低，不仅要增加原料的消耗，而且还要多消耗硫酸。但通常二氧化钛含量高的钛铁矿（特别是次生矿）一般都含有少量的天然金红石，它以二氧化钛的金红石晶型存在，极难溶解，最后的酸解率降低，而且使生产中的沉降、净化过程变得十分复杂，由于钛铁矿的成分和化学组成十分复杂，化学分析的方法很难准确地反映其金红石成分的含量。而不同晶型的化合物具有完全不同的XRD图谱，可以用XRD技术测量钛铁矿中不同形态存在的二氧化钛的含量。下表为金红石、锐钛矿和板钛矿的XRD主衍射峰数据，可以看到虽然金红石和锐钛矿在结构上有共同相似的特点，但由于金红石与锐钛矿的最强衍射峰一个在27.46°（/2Ө）左右，一个在25.35°（/2Ө）左右，因此将两者可较轻易区分开来。部分板钛矿的最强峰与锐钛矿的最强峰接近，但根据传统的三强法仍能将两者区分开来[3]。三、粒度表征技术在钛白粉行业的应用钛白粉粒度分布是一个综合性的指标，它严重影响钛白粉颜料性能和产品应用性能，因此，对于遮盖力和分散性的讨论可直接从粒度分布上进行分析。影响钛白粉粒度分布的因素较为复杂，需要控制粒度分布的环节分别是涉及水解工艺的水解原始粒径大小；其次是涉及煅烧工艺的成长颗粒粒径分布；以及涉及到粉碎工艺的最终产品的粉碎颗粒粒径。钛白粉行业测定粒度分布的传统方法是沉降法和静态图像法。影响沉降法的因素很多，测定的结果有较大差别；静态图像法（电子显微镜）测定粒度分布又必须借助大量统计工具，结果才能较为接近实际情况。自1975年马尔文激光粒度仪诞生后，大大提高了粒度分析的速度和准确性，目前已广泛的应用于钛白粉行业。 激光衍射粒度分析原理在激光衍射测量中，激光束穿过分散颗粒样品，测量散射光强度的角度变化。大颗粒的散射光角度小，而小颗粒的散射光角度大。之后对角度散射光强数据进行分析，使用米氏光散射理论，对形成散射图样的颗粒进行计算。激光粒度仪测量颗粒粒度具有测量动态范围宽、分析速度快、具有可验证的准确度和重复性等优点，可以提供颗粒粒径以及粒径累计分布值。纳米级钛白粉测试结果主要影响因素有：分散介质、遮光度、光学参数、超声功率和时间。 钛白粉行业粒度分析实例钛白粉无论是锐钛矿还是金红石，都是由直径在0.1~0.3μm的球形颗粒单一晶体所组成。单一晶体粒子的大小和由此凝集结合的二次粒子的结合力数值以及结合量将会导致钛白粉分散体系的白度、消色力、分散性、耐候性等颜料性能的变化。因此颗粒粒度和粒度分布是影响颜料性能和应用的重要指标。马尔文帕纳科Mastersizer 3000激光粒度仪，探头超声5min，连续测试样品粒径逐渐增加，粒度分布图如下。

p style=" text-indent: 2em " 近几年，塑料工业与钛白粉可谓焦不离孟。在世界范围内超过500家的钛白粉牌号中，专属于塑料用的就超过50个，而高达6%的年均增长率，也让塑料工业成为使用钛白粉增速最快的领域，并“荣膺”钛白粉的第二大用户。有材料应用的地方自然就有相配套的指标、参数考衡，粒径粒度分布和颗粒形状就显著影响着塑料用钛白粉的关键指标。而塑料用钛白粉的粒径恰好处于激光粒度仪大展身手的范围内，因此对于钛白粉在塑料工业中的应用，业内人士不妨给予更多的瞩目。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/5a1cc424-4105-479d-975f-1e95fbaa5764.jpg" title=" 激光粒度仪 钛白粉.jpg" / /p p style=" text-indent: 2em " 众所周知，钛白粉的学名是二氧化钛，具备优良的白色性能，高遮盖力和高消色力，被广泛应用油墨、造纸、涂料、油漆等行业，享有“白色之王”的美誉，这正是钛白粉在塑料制品中得以应用的重要原因，即钛白粉可以决定浅色或白色塑料制品的外观。当然钛白粉于塑料还有很多其他好处，比如提高塑料制品的耐热、耐光、耐候性能，使塑料制品免受UV光的侵袭，改善塑料制品的机械性能和电性能等。几乎所有热固性和热塑性的塑料中都会使用钛白粉，它们既可以与树脂干粉混合，也可以与含增塑剂的液体相混合，用量一般在3-5%左右，聚烯烃类(主要是低密度的聚乙烯)、聚苯乙烯、ABS、聚氯乙烯等莫不如是。 /p p style=" text-indent: 2em " 在塑料工业中衡量钛白粉的质量主要有四大指标——遮盖力、分散性、耐候性和白度。钛白的遮盖力越好，生产出的塑料制品就越轻薄；分散性则影响塑料制品生产成本，钛白粉的分散性越好，塑料制品的光滑度和光亮度就会越高；具备良好耐候性的钛白粉，则对室外使用的塑料制品以及塑料门窗是必不可少的。 /p p style=" text-indent: 2em " 最后一大指标就是白度了，所谓白度是指距离理想白色的程度。影响钛白粉白度因素主要有以下几点。第一点是杂质，在钛白粉工艺中，尤其是硫酸法钛白粉工艺，大部分的作业是为了除去产品中的杂质，因为杂质严重影响钛白粉的应用性能，特别是白度。显色金属氧化物杂质在极低的含量下就能影响白度，这些元素有铁、锰、铬、铜等，这些杂质本身就带有颜色，在白色的钛白粉中极易显色。 /p p style=" text-indent: 2em " 第二点就是粒径和粒度的分布了，他们主要是通过钛白粉颗粒对光的反射、散射等现象影响其白度的。钛白粉的粒径越小，白度值越高，这主要是由于钛白粉粒径越小，表面积增大，光的反射、漫反射增强。根据光波的特性，当颜料粒子的粒径小于光波的一半时可以获得对该波长的色光的最大散射，经分析，对波长蓝色光散射最好的粒径在0.2μm左右，波长较长的红色光散射最大的粒径在0.35μm左右，因此，小粒径的钛白粉的散射光呈蓝相，而透过光则为蓝色的补色红黄相，反之，大粒径的钛白粉散射光为红相，透过光为蓝相。通常涂料用钛白粉的粒径为0.2~0.4μm，而大多数塑料用钛白粉粒径都较细，粒径为0.15~0.3μm，因为这样可以获得兰色底相，对大多数带黄相的树脂或易泛黄的树脂有遮蔽作用。 /p p style=" text-indent: 2em " 此外，颗粒形状、钛含量、包膜剂对钛白粉的白度都有一定影响。其中，粒形对白度的影响比较小，一般来说，层状钛白粉的白度略低，球状和杆状的白度略高。而二氧化钛含量的升高，钛白粉白度值也升高，铝、硅、锆等包膜剂含量升高，钛白粉白度值下降。 /p p style=" text-indent: 2em " 值得一提的是，在塑料色母粒的生产工艺中，钛白粉的白度也是一项重要质量指标，塑料色母粒是一种高浓缩、高效能的颜色配置品，即颜料以超常浓度均匀分布在载体树脂中，并形成一定粒径的颗粒。它主要由核心层(颜料)、偶联层(偶联剂或表面活性剂)、分散层(润滑剂或分散剂)、增混层(载体树脂)等组成，在塑料中作为染色剂使用，广泛用于吹膜、注塑、热压、注塑等塑料制品的生产，色母粒着色效果优越，使用方便，节约能源，使用时无粉尘和污水，因此备受用户的青睐。色母粒是作为工业原料，性能优劣通常是在后续产品应用中表现出来(如吹膜或注塑)，因此，钛白在色目粒中的性能也主要体现在色母粒的应用过程中。钛白的着色能力、分散性、加工性能、白度都会对色母粒的应用产生重大影响，顺理成章地，也少不了对钛白粉粒度分布的检测。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 结语： /strong 激光粒度仪作为目前最流行的粒度测量仪器，已在粉体工艺中发挥着越来越重要的作用，随着米氏散射理论在各品牌激光粒度仪中的应用越来越广泛，已经对亚微米级的塑料用钛白粉有充足的适配性。随着钛白粉在塑料工业中的需求越来越大，对这一市场大蛋糕的进一步经营和开拓，或许值得激光粒度仪的厂商们好好思考。 /p