Estudo do processo de moagem úmida de caulim calcinado e dióxido de titânio

Empregando um método de moagem ultrafina úmida, um compósito físico mecânico de caulim calcinado e dióxido de titânio foi conduzido. O impacto das condições do processo de moagem de compósitos sobre as propriedades físicas, tais como alvura e poder de cobertura do material compósito caulim/dióxido de titânio calcinado, foi investigado através de experimentos ortogonais e monofatoriais. Os resultados destacam que a razão composta, a duração da moagem, o pH e a fração mássica da suspensão são os principais fatores que influenciam o efeito do revestimento. Sob condições de uma proporção de 50:50 de caulim calcinado/dióxido de titânio, 10 minutos de tempo de moagem, pH de 5 e fração mássica de 50% de caulim em suspensão, o pó compósito produzido coincide com o dióxido de titânio nos principais indicadores de desempenho físico e pode servir como um material substituto para o dióxido de titânio.

Euntrodução

O dióxido de titânio é um pigmento branco amplamente utilizado e de alto desempenho em várias indústrias, como revestimentos, plásticos, fabricação de papel, tinta, borracha, fibras químicas e cosméticos. A crescente demanda por dióxido de titânio levou a um proeminente desequilíbrio entre oferta e demanda. A pesquisa, o desenvolvimento e o estabelecimento de plantas de dióxido de titânio exigem investimentos significativos, e o processo de produção carrega uma pesada carga ambiental. Esses fatores têm motivado cientistas e usuários a explorar substitutos com menores custos de produção, menor impacto ambiental e níveis de desempenho próximos ao dióxido de titânio [3,4].

Este estudo utilizou um método de moagem úmida para compor mecanicamente fisicamente caulim calcinado ultrafino com dióxido de titânio, gerando materiais pós compósitos com granulometria, alvura, poder de cobertura e outros indicadores primários de desempenho físico semelhantes ao dióxido de titânio.

Avaliação da amostra, método e efeito de revestimentoAmostraDióxido de titânio proveniente de uma empresa de dióxido de titânio em Liaoning com indicadores físicos primários, incluindo alvura de 96,5, tamanho de partícula D10=0,14μm, D50=0,70μm, D97=2,40μm e potência de cobertura de 23,35g/m². Caulim calcinado ultrafino obtido de uma empresa de caulim na Mongólia Interior com indicadores físicos primários incluindo alvura de 96,3, tamanho de partícula D10=0,18μm, D50=0,9μm, D97=2,96μm e potência de cobertura de 181,88g/m². Meios de moagem: contas de zircônia estabilizadas com ítria com uma densidade de 6.0.MethodExperimentos realizados usando o moinho de areia horizontal Mi.nI_Zeta fabricado pela Netch (Shanghai) Instruments Co., Ltd. Inicialmente, uma certa fração mássica da suspensão de dióxido de titânio foi moída para um tamanho de partícula específico. Em seguida, o ajuste de pH, uma certa quantidade de dispersante e uma certa fração mássica de suspensão ultrafina de caulim calcinado foram adicionados para moagem composta, seguido de secagem e dispersão do produto composto. Método de caracterizaçãoDistribuição do tamanho das partículas analisadas usando o analisador de tamanho de partículas de sedimentação centrífuga BT-1500 produzido pela Dandong Best Instruments Co., Ltd. Whiteness medido usando o medidor de alvura tipo DN-B produzido pela Hangzhou Gaohui Automation Instrument Co., Ltd. Potência de cobertura de amostra medida usando uma placa de vidro de grade preta e branca.

Resultados e DiscussãoExperimento OrtogonalResultados do experimento ortogonal de quatro fatores (fração mássica de caulim, pH, tempo de moagem, razão de massa composta) experimento ortogonal de três níveis e análise na Tabela 1. É' s evidente que a sequência de significância de cada fator que afeta os resultados experimentais (poder de cobertura) é a razão de massa composta > pH > fração mássica de caulim > tempo de moagem. O poder de cobertura do produto revestido é melhor em uma fração de massa de lama de 50%, pH entre 5 e 6 e uma relação de massa composta de 50:50. O impacto do tempo de revestimento na potência de cobertura é insignificante.

Experimento de fator únicopHAt uma fração de massa de lama de caulim de 50%, uma relação de massa composta de 50/50, e um tempo de moagem de 10 minutos, o impacto do pH na alvura e poder de cobertura do pó compósito mostrado na Figura 1.A partir da Figura 1, it' s observaram que a alvura da amostra aumenta gradualmente com o pH de 3 a 7, enquanto o poder de cobertura é ótimo em pH=5. A verificação do potencial Zeta do caulim e do dióxido de titânio em diferentes níveis de pH indica que, neste pH, os potenciais Zeta de ambos os minerais são opostos e têm uma grande diferença, indicando forte adsorção eletrostática. Assim, pH=5 é preferível.

Fração de Massa de Lama de CaulimEm pH=5, com um tempo de moagem de 10 minutos e uma relação de massa composta de 50/50, o impacto da fração de massa de lama de caulim no tamanho da partícula e no poder de cobertura do pó compósito visto na Figura 2.Da Figura 2, it' s observaram que a fração de massa tem um impacto mínimo na alvura, enquanto o poder de cobertura mostra uma mudança suave entre 30% e 50%. Considerando a questão do uso da água, 50% parece mais adequado.

Tempo de moagemEm uma fração mássica de lama de caulim de 50%, pH = 5 e uma relação de massa composta de 50/50, o impacto do tempo de moagem na alvura e poder de cobertura do pó compósito mostrado na Figura 3.A partir da Figura 3, ele' s visto que o tempo de moagem tem pouco efeito sobre a brancura, enquanto o poder de cobertura é ideal em um tempo de moagem de 10 minutos.

Razão de massa compostaEm pH=5, tempo de moagem de 10 minutos e fração mássica de lama de caulim de 50%, os resultados experimentais para razões de massa composta (caulim calcinado g/dióxido de titânio g) de 80/20, 70/30, 60/40, 50/50 e 40/60 são vistos na Figura 4. Da Figura 4, ele' s observaram que a razão de massa composta tem impacto mínimo sobre a brancura. A potência de cobertura apresenta pouca variação entre 70/30 e 40/60, sendo que 50/50 apresentou o melhor desempenho. Sob uma proporção de 50/50, o produto composto' s tamanho da partícula é D50=0,59μm, D97=2,10μm, melhorando significativamente o poder de cobertura em comparação com o caulim sozinho e quase igualando o poder de cobertura de 100% de dióxido de titânio.

A Figura 5 ilustra que o poder de cobertura das amostras de ensaio expandido de 70/30 a 50/50 em comparação com o dióxido de titânio segue uma tendência semelhante às amostras de ensaio pequenas, atingindo o máximo em 50/50. Além disso, o poder de cobertura do produto 70/30 melhora significativamente quando comparado à amostra original de caulim.

Conclusão. Os resultados do experimento ortogonal indicam que os principais fatores que afetam as propriedades físicas do material em pó compósito caulim/dióxido de titânio calcinado são a razão de massa do compósito, o tempo de moagem, o pH e a fração de massa da suspensão.b. As condições ideais do processo de moagem composta são: relação de massa composta = 50/50, tempo de moagem = 10 minutos, pH = 5, fração de massa de suspensão = 50%. Nessas condições, o material em pó compósito caulim/dióxido de titânio calcinado corresponde às principais propriedades físicas do dióxido de titânio e pode ser usado como substituto em certos campos de aplicação.c. Os resultados dos testes de aumento de escala de laboratório se alinham estreitamente com experimentos de pequena escala.