CN111965072A - 一种评估钛白粉体黏聚力的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种评估钛白粉体黏聚力的方法，包括以下步骤：将钛白粉放入钛白粉测量仪器的漏斗中，落到水平板上，堆积成圆锥形粉体，利用图像采集装置获取钛白粉的数字化影像，通过图像处理软件精确选取圆锥形粉体腰线上的坐标点来拟合线性方程，求此线性方程的斜率便可相对精确的测量出钛白粉体的自然堆积角，钛白粉黏聚力与其自然堆积角存在正相关性，可用于评估，并用于检测检测不同后处理方式的钛白粉体的黏聚力。通过上述方式，本发明能够快速、简便、有效的评估钛白粉的黏聚力，有助于筛选合适的助剂，减少硫酸法钛白生产工艺钛白粉碎工序存在的物料黏度过大粘壁板结的现象，提高生产效率，降低工人劳动强度，并且有利于最终产品质量的控制。
Description
技术领域
本发明涉及硫酸法生产钛白粉技术领域，特别涉及一种评估钛白粉体黏聚力的方法。
背景技术
钛白粉（二氧化钛）是目前世界上综合性能最佳的无机白色颜料，具有优异的颜料性能、稳定的物理与化学性质，优良的光学性能，这些特点使得钛白粉在相当多的应用领域是不可替代的。目前钛白粉主要的生产工艺包括硫酸法和氯化法，硫酸法因工艺较为成熟，矿种适应性好，可以同时生产锐钛型与金红石型两种钛白产品，在钛白粉生产行业仍有广泛的应用。硫酸法生产工艺的一道重要工序是对偏钛酸经转窑高温煅烧后得到的二氧化钛粒子的聚集体进行粉碎和后处理，使其粒度控制在一定范围内，才能使二氧化钛粒子表现出良好的颜料性能。雷蒙磨是钛白粉粉碎的重要设备，它通过空气分级和气力输送的方式调节产品的细度和输出成品。
通过查阅相关资料和实验研究分析，颜料级钛白粉颗粒粒径在0.2~0.4μm左右，钛白粉颗粒表面带有极性基团有很强的范德华力，处于表面自由能极高的亚稳定状态；因此未添加助粉（磨）剂的粗颗粒钛白粉（钛白粉粗品）在粉碎过程中需要很高的能量。其宏观表现为粉碎后的钛白粉体黏聚性大，容易聚集成团，引发粉碎设备和输送管道中的钛白粉结壁，影响设备生产效率，造成生产周期延长，并且需要工人付出额外的设备维护工作。
发明内容
经过实际生产经验和实验研究，我们发现钛白粉黏聚力与其自然堆积角存在正相关性，即钛白粉体微观黏聚力越大，钛白粉的自然堆积角越大，粉碎设备结壁现象越严重。基于结构-性能原理及微观-宏观实验方法，我们建立了一套通过判定钛白粉自然堆积角，实现准确、高效、简便评估钛白粉体微观黏聚力的评估方法。
本申请应用的设备是一种钛白粉测量仪器，包括防护罩，防护罩底部中心设有载料板，载料板垂直上方设有圆锥漏斗，漏斗固定在支架上，载料板的后方设置有背景板，在距测量装置正前方10cm设有图像采集装置。漏斗底部的直径为10mm，漏斗顶部的直径为81mm，漏斗底部距离载料板88mm，漏斗的垂直长度为72mm。
一种评估钛白粉体黏聚力的方法，包括以下步骤：将钛白粉放入钛白粉测量仪器的漏斗中，落到水平板上，堆积成圆锥形粉体，利用图像采集装置获取钛白粉的数字化影像，通过图像处理软件精确选取圆锥形粉体腰线上的坐标点来拟合线性方程，求取此线性方程的斜率便可相对精确的测量出钛白粉体的自然堆积角，钛白粉黏聚力与其自然堆积角存在正相关性，评估钛白粉体的黏聚力。
优选地，所述的选取圆锥形粉体腰线上的坐标点为左、右腰线均选取不少于6个点。
上述所述的方法的具体步骤：
（1）取100g钛白粉料，装入漏斗中，使粉体均匀下落到载料板上，自然堆积成近圆锥体；待粉体稳定后，使用固定在距测量装置正前方10cm的图像采集装置拍摄清晰的料堆照片。
（2）将照片导入图像处理软件中，确定坐标系后，选取不少于6个圆锥左、右腰线上的坐标点；
（3）将坐标点对应的坐标输入数据处理软件中，然后利用软件的线性拟合功能，得到圆锥腰线对应的线性方程，此线性方程的斜率即为待测的钛白粉体的自然堆积角的正切值，由此确定钛白粉的自然堆积角；
（4）钛白粉黏聚力与其自然堆积角存在正相关性，评估钛白粉体的黏聚力。
该方法在评价后处理方式的钛白粉中的应用；根据后处理的钛白粉堆积角与未处理的钛白粉的堆积角的比对，确定后处理的钛白粉的粘聚力的当前状况。如果添加助剂后的钛白粉物料的自然堆积角变小，说明该粉碎助剂降低了钛白粉的黏性，自然堆积角越小，粉碎助剂的性能越好，因此对粉碎助剂的选择和使用具有指导意义。
有益效果
本发明能够便捷可靠的评价钛白粉的黏度，有利于工艺控制流程的优化，减少因钛白粉料黏度过大而导致的生产设备效率低下或者设备故障的现象，同时便于生产厂商对粉碎助剂的选型和用量的调整，优化产品质量。
附图说明
图1钛白物料自然堆积角测量装置；
图2图像处理取点；
图3圆锥体腰线线性拟合。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明：
实施例1
（1）钛白物料自然堆积角测量装置如图1所示，由漏斗、载料板、支架和背景板组成，漏斗牢固的固定在支架上，粉料自圆锥漏斗下落到载料板上堆积成一定高度的圆锥，圆锥漏斗上口直径L1=81mm，下口直径L2=10mm，漏斗高度h0=72mm，漏斗下口距平板高度h=88mm。为防止外界气流扰动影响料堆成型，进行测量操作时，整个装置被置于一个透明防护罩中。
（2）钛白粉体自然堆积角测量步骤操作实例
1.取100g钛白粉料，装入漏斗中，稍加压力使粉体均匀下落到载料板上，自然堆积成近圆锥体。待粉体稳定后，使用固定在距测量装置正前方10cm的图像采集装置拍摄清晰的料堆照片。
2.如图2 所示，将照片导入图像处理软件中，确定坐标系后，选取不少于6个圆锥腰线上的坐标点。本例中将照片借网格线确定坐标系后，锥体的每条腰线各取8个点， α1~α8为粉体圆锥的左腰线（线α）上的坐标点，β1~β8为右腰线（线β）上的坐标点，左右腰线与底边水平线的夹角∠α和∠β即为圆锥粉体的自然堆积角；
3.将坐标点对应的坐标输入数据处理软件中，然后利用软件的线性拟合功能，得到圆锥腰线对应的线性方程，此线性方程的斜率即为待测的钛白粉体的自然堆积角的正切值，由此确定钛白粉的自然堆积角。本例获取的坐标点数据如表1所示。
表1圆锥粉体腰线坐标取点
将以上数据输入数据处理软件，得到圆锥粉体两条腰线的线性拟合图形；
图3中由中线左侧坐标点黑色坐标点拟合的直线为圆锥粉体左腰线的线性方程，由中线右侧坐标点坐标点拟合的直线为圆锥粉体右腰线的线性方程。
表2线性拟合信息
由表2可以获得左右腰线的拟合方程的斜率，进而得到物料的自然堆积角。线性拟合的R2值分别为0.996和0.995，说明由选取的坐标点拟合的线性方程的斜率可以较为精确的得到待测粉体的自然堆积角。
4.以本专利方法连续测量了雷蒙机直接粉碎后的钛白物料的10组自然堆积角数据，实验数据见表3。
表3雷蒙机物料实验数据
由表4可知，由本专利方案连续测量雷蒙机物料的自然堆积角的平均值为43.10°，97%置信区间在（43.05°,43.16°），说明本专利方案测试结果稳定可靠。
表4连续测量样本的置信区间
（3）本发明专利在硫酸法钛白生产工艺中的实际应用
1.利用本方案测试添加不同粉碎助剂的的钛白物料的自然堆积角，所选助剂为业内常用的几种添加剂，结果见表5。相比空白样本，添加部分助剂后的钛白粉物料的自然堆积角变小，说明该粉碎助剂降低了钛白粉的黏性，自然堆积角越小，粉碎助剂的性能越好，因此对粉碎助剂的选择和使用具有指导意义。同时本方案也能有效筛选出性能不佳的粉碎助剂。
表5添加不同粉碎助剂得到的钛白物料自然堆积角
2.利用本专利方案测量裕兴化工有限责任公司生产的不同牌号的钛白粉成品的自然堆积角，结果见表6。由实验结果可以看出相比未处理过的钛白粉物料，钛白粉成品的自然堆积角均有显著降低,验证了经过后处理工序后的钛白粉成品黏度降低，粉体具备良好的分散性。
表6钛白粉成品的自然堆积角
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (5)
1.一种评估钛白粉体黏聚力的方法，其特征在于，包括以下步骤：将钛白粉放入钛白粉测量仪器的漏斗中，落到水平板上，堆积成圆锥形粉体，利用图像采集装置获取钛白粉的数字化影像，通过图像处理软件精确选取圆锥形粉体腰线上的坐标点来拟合线性方程，求取此线性方程的斜率便可相对精确的测量出钛白粉体的自然堆积角，钛白粉黏聚力与其自然堆积角存在正相关性，评估钛白粉体的黏聚力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的选取圆锥形粉体腰线上的坐标点为左、右腰线均选取不少于6个点。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）取100g钛白粉料，装入漏斗中，使粉体均匀下落到载料板上，自然堆积成近圆锥体；待粉体稳定后，使用固定在距测量装置正前方10cm的图像采集装置拍摄清晰的料堆照片；
（2）将照片导入图像处理软件中，确定坐标系后，选取不少于6个圆锥左、右腰线上的坐标点；
（3）将坐标点对应的坐标输入数据处理软件中，然后利用软件的线性拟合功能，得到圆锥腰线对应的线性方程，此线性方程的斜率即为待测的钛白粉体的自然堆积角的正切值，由此确定钛白粉的自然堆积角；
（4）钛白粉黏聚力与其自然堆积角存在正相关性，评估钛白粉体的黏聚力。
4.一种权利要求1-3之一所述的评估钛白粉体黏聚力的方法在评价后处理的钛白粉中的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，根据后处理的钛白粉堆积角与未处理的钛白粉的堆积角的比对，确定后处理的钛白粉的粘聚力的当前状况。
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