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硫酸法钛白生产中的水解过程受水解晶种种类和加量的影响,水解晶种产生原级粒子诱导水解,原级粒子的大小和数量影响一次团聚粒子和二次团聚粒子的形成和组成,从而影响TiO2的晶体形貌和颜料性能。本论文以工业浓缩钛液为原料,研究水解晶种类型及加量对一次团聚粒子粒径和粒径分布、煅烧TiO2的晶体形貌,以及一次团聚粒子粒径与颜料性能的关系,系统解释水解偏钛酸粒子的形成机理,实现从机理出发指导工业生产以满足客户的不同需求。 首先,本文利用钡离子将偏钛酸二次团聚粒子中的硫酸根夺去,形成硫酸钡沉淀,得到一次团聚粒子,证明二次团聚粒子是通过硫酸根吸附一次团聚粒子而形成的,偏钛酸二次团聚粒子的形成需经过原级粒子、一次团聚粒子和二次团聚粒子三个过程。偏钛酸经过氯化钡处理后,二次团聚粒子的内部作用力被消除,从而获得一次团聚粒子。在此基础上建立了使用氯化钡溶液制备一次团聚粒子的方法,以及使用NICOMP380纳米粒径分析仪表征一次团聚粒子粒径的方法。 然后,论文以一次团聚粒子为观察对象,研究晶种类型和加量对一次团聚粒子的影响。晶种对水解过程中原级粒子和粒子团聚影响的研究表明,一次团聚粒子粒径范围为41nm-126nm,随着水解晶种加量的增加逐渐减小,粒径分布也越窄。对于同一种晶种而言,控制晶种加量在2%以上更容易获得小粒径的一次团聚粒子。对于不同晶种而言,相同加量下,水解一次团聚粒子大小依次为:偏钛酸晶种>自生晶种与高浓度碱中和晶种>四氯化钛晶种;一次团聚粒子的粒度分布则按以下排序逐渐变窄:偏钛酸晶种>自生晶种制备>四氯化钛晶种>高浓度碱中和晶种。此外,TEM研究表明,一次团聚粒子由大量的细小晶体构成,水解晶种的粒度和分布影响着一次团聚粒子的粒径和分布。 最后,在不同晶种类型和加量下,研究和建立一次团聚粒子对煅烧产物粒径、晶体形貌和颜料性能的影响关系。煅烧TiO2的平均粒径为0.24μm-0.35μm,随着水解一次团聚粒子粒径减小及分布变窄,煅烧TiO2的平均粒径逐渐减小,离散度变小,分布变好。研究一次团聚粒子尺度与煅烧TiO2颜料性能的关系表明,当一次团聚粒子平均粒径为41nm-65nm之间,亮度较高;在90nm-126nm时,亮度较差;在41nm-85nm范围内时,亮度高低的排序为:高浓度碱中和晶种>四氯化钛晶种>偏钛酸晶种>自生晶种。说明水解晶种在引发硫酸氧钛水解的同时,影响原级粒子间的相互作用,降低了一次团聚粒子的平均粒径,并影响和降低了一次团聚粒子的再团聚和再团聚倾向,使得煅烧TiO2的粒径减小、粒径分布更窄,从而提高了煅烧TiO2的亮度,改善其颜料性能。