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【解決方案】馬爾文帕納科鈦白粉行業(yè)應(yīng)用解決方案
日前，馬爾文帕納科組織多位應(yīng)用專(zhuān)家到訪國(guó)內(nèi)鈦白粉企業(yè)技術(shù)中心，帶去了包含XRF、XRD、激光衍射、DLS、ELS等多種*表征技術(shù)在鈦白粉行業(yè)及其衍生品方面的應(yīng)用推介，對(duì)其現(xiàn)有多臺(tái)馬爾文帕納科的檢測(cè)儀器的日常使用注意事項(xiàng)及維護(hù)做了詳細(xì)的講解，并于與會(huì)者進(jìn)行了深入的交流和討論。
鈦白粉是一種重要的無(wú)機(jī)化工原料，主要成分為二氧化鈦(TiO2)，密度很小，具有無(wú)毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，被認(rèn)為時(shí)目前世界上性能較好的一種白色顏料，具有廣泛應(yīng)用于涂料、油墨、造紙、塑料橡膠、印刷、化纖、陶瓷、化妝品、食品、醫(yī)藥等工業(yè)領(lǐng)域。
鈦白粉的主要原料為鈦鐵礦，也稱(chēng)為鈦磁鐵礦，是以多種金屬元素共生的復(fù)合礦，主要以含鐵、釩、鈦等金屬元素。其制造方法主要有兩種：硫酸法和氯化法，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)控的要求主要集中在TiO2的含量、亮度、消色力、揮發(fā)物、懸浮物、吸油量、篩余物、水萃取液電阻率、金紅石含量等。
馬爾文帕納科XRF、XRD以及激光衍射、DLS、ELS、靜態(tài)圖像等分析技術(shù)可以應(yīng)為鈦白粉行業(yè)提供用于原材料、鈦白粉及其衍生品的元素分析、晶型鑒定、顆粒粒度及粒度分布、粒形、穩(wěn)定性等多方面的應(yīng)用。此文只涉及元素含量、晶型結(jié)構(gòu)和粒度分析。
一、XRF 元素分析在鈦白粉行業(yè)的應(yīng)用
作為鈦白粉原材料的釩鈦磁鐵成分分析使用的方法為原地質(zhì)礦產(chǎn)部行業(yè)規(guī)范DZG93-07《巖石礦石分析規(guī)程》中《釩鈦磁鐵礦石分析規(guī)程》[1-2]。該規(guī)程中采用化學(xué)分析方法，樣品用酸溶法或堿熔法溶(熔)礦，再分別用容量分析法測(cè)定鐵和鈦，然后用容量分析法、原子吸收法、比色法等分別測(cè)定鈣、鎂、鋁、鉻、釩、硅、硫、磷、錳、銅、鈷、鎳等元素。
因此，化學(xué)分析方法要完成以上元素的分析，分析周期長(zhǎng)，操作繁瑣，成本高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，污染嚴(yán)重，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足快速測(cè)定的需求。
而XRF作為一種快速、無(wú)損的元素分析手段已被廣泛地應(yīng)用于鈦白粉原料及成品、衍生品的生產(chǎn)過(guò)程控制。
樣品前處理對(duì)于XRF在鈦白粉行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用極為重要，針對(duì)不同類(lèi)型的原料和產(chǎn)品，需要采用相應(yīng)的手段進(jìn)行研磨、壓片或者熔融處理以獲得最佳的應(yīng)用效果，現(xiàn)場(chǎng)針對(duì)XRF技術(shù)在實(shí)際工作中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)而深入的分享與探討。
粉末壓片法針對(duì)鈦白粉、高鈦渣、鈦鐵礦均可采用電動(dòng)瑪瑙或人工研磨(瑪瑙研體)，但要注意，高鈦渣和鈦鐵礦不能與鈦白粉使用同一個(gè)瑪瑙研體，否則會(huì)造成樣品污染，造成制樣誤差。
由于鈦白粉中鈦含量高，粉末壓片法即可獲得較好的精度和重復(fù)性良好的結(jié)果。而對(duì)于成分復(fù)雜的高鈦渣和鈦鐵礦來(lái)說(shuō)測(cè)量重復(fù)性不好。而玻璃熔融法相對(duì)于粉末壓片法來(lái)可以更大程度地消除樣品的礦物效應(yīng)和、不均勻性和粒度效應(yīng)，配備專(zhuān)業(yè)的熔融制樣設(shè)備，可以獲得更好的重復(fù)性。下表中列出了熔融制樣設(shè)備在制備高鈦渣或鈦鐵礦時(shí)的參數(shù)及程序設(shè)置。
在鈦白粉相關(guān)應(yīng)用中，建議測(cè)了條件設(shè)置見(jiàn)下表
在軟件程序條件選擇中，需注意Ti，V，Cr之間的干擾，比如譜線的選擇、分光晶體的選擇和背景位置的選擇等。
二、XRD 在鈦白粉行業(yè)中的應(yīng)用
鈦鐵礦是鈦白粉的主要原料，目前國(guó)內(nèi)幾乎所有的鈦白粉廠都使用它作為原料。而二氧化鈦品位的高低是鈦白粉生產(chǎn)廠家選擇鈦鐵礦時(shí)要考慮的因素，它直接影響收率和成本，通常一般礦中的二氧化鈦含量應(yīng)不低于47%。
我們知道二氧化鈦(TiO2)在自然界有三種結(jié)晶形態(tài)(三種同分異構(gòu)體)，分別是：金紅石型和銳鈦型和板鈦型。金紅石型是二氧化鈦穩(wěn)定的結(jié)晶形態(tài)，結(jié)構(gòu)致密，與銳鈦型相比有較高的硬度、密度、介電常數(shù)與折光率。
二氧化鈦品位過(guò)低，不僅要增加原料的消耗，而且還要多消耗硫酸。但通常二氧化鈦含量高的鈦鐵礦(特別是次生礦)一般都含有少量的天然金紅石，它以二氧化鈦的金紅石晶型存在，極難溶解，最后的酸解率降低，而且使生產(chǎn)中的沉降、凈化過(guò)程變得十分復(fù)雜，由于鈦鐵礦的成分和化學(xué)組成十分復(fù)雜，化學(xué)分析的方法很難準(zhǔn)確地反映其金紅石成分的含量。
而不同晶型的化合物具有*不同的XRD圖譜，可以用XRD技術(shù)測(cè)量鈦鐵礦中不同形態(tài)存在的二氧化鈦的含量。
下表為金紅石、銳鈦礦和板鈦礦的XRD主衍射峰數(shù)據(jù)，可以看到雖然金紅石和銳鈦礦在結(jié)構(gòu)上有共同相似的特點(diǎn)，但由于金紅石與銳鈦礦的*衍射峰一個(gè)在27.46°(/2?)左右，一個(gè)在25.35°(/2?)左右，因此將兩者可較輕易區(qū)分開(kāi)來(lái)。部分板鈦礦的*峰與銳鈦礦的*峰接近，但根據(jù)傳統(tǒng)的三強(qiáng)法仍能將兩者區(qū)分開(kāi)來(lái)[3]。
三、粒度表征技術(shù)在鈦白粉行業(yè)的應(yīng)用
鈦白粉粒度分布是一個(gè)綜合性的指標(biāo)，它嚴(yán)重影響鈦白粉顏料性能和產(chǎn)品應(yīng)用性能，因此，對(duì)于遮蓋力和分散性的討論可直接從粒度分布上進(jìn)行分析。
影響鈦白粉粒度分布的因素較為復(fù)雜，需要控制粒度分布的環(huán)節(jié)分別是涉及水解工藝的水解原始粒徑大?。黄浯问巧婕办褵に嚨某砷L(zhǎng)顆粒粒徑分布；以及涉及到粉碎工藝的最終產(chǎn)品的粉碎顆粒粒徑。
鈦白粉行業(yè)測(cè)定粒度分布的傳統(tǒng)方法是沉降法和靜態(tài)圖像法。影響沉降法的因素很多，測(cè)定的結(jié)果有較大差別；靜態(tài)圖像法(電子顯微鏡)測(cè)定粒度分布又必須借助大量統(tǒng)計(jì)工具，結(jié)果才能較為接近實(shí)際情況。
自1975年馬爾文激光粒度儀誕生后，大大提高了粒度分析的速度和準(zhǔn)確性，目前已廣泛的應(yīng)用于鈦白粉行業(yè)。
激光衍射粒度分析原理
在激光衍射測(cè)量中，激光束穿過(guò)分散顆粒樣品，測(cè)量散射光強(qiáng)度的角度變化。大顆粒的散射光角度小，而小顆粒的散射光角度大。之后對(duì)角度散射光強(qiáng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，使用米氏光散射理論，對(duì)形成散射圖樣的顆粒進(jìn)行計(jì)算。
激光粒度儀測(cè)量顆粒粒度具有測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍寬、分析速度快、具有可驗(yàn)證的準(zhǔn)確度和重復(fù)性等優(yōu)點(diǎn)，可以提供顆粒粒徑以及粒徑累計(jì)分布值。
納米級(jí)鈦白粉測(cè)試結(jié)果主要影響因素有：分散介質(zhì)、遮光度、光學(xué)參數(shù)、超聲功率和時(shí)間。
鈦白粉行業(yè)粒度分析實(shí)例
鈦白粉無(wú)論是銳鈦礦還是金紅石，都是由直徑在0.1~0.3μm的球形顆粒單一晶體所組成。單一晶體粒子的大小和由此凝集結(jié)合的二次粒子的結(jié)合力數(shù)值以及結(jié)合量將會(huì)導(dǎo)致鈦白粉分散體系的白度、消色力、分散性、耐候性等顏料性能的變化。因此顆粒粒度和粒度分布是影響顏料性能和應(yīng)用的重要指標(biāo)。
馬爾文帕納科Mastersizer 3000激光粒度儀，探頭超聲5min，連續(xù)測(cè)試樣品粒徑逐漸增加，粒度分布圖如下。
