锐钛矿与金红石比率

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。

1.文章信息标题：Sunlight-drivenphotocatalyticoxidationof5-hydroxymethylfurfuraloveracuprousoxide-anataseheterostructureinaqueousphase中文标题：水相中氧化亚铜-锐钛矿异质结上太阳光驱动的5-羟甲基糠醛催化选择氧化页码：AppliedCatalysisB:Environmental320(2023)122006DOI：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.1220062.文章链接https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.1220063.期刊信息期刊名：AppliedCatalysisB:EnvironmentalISSN：0926-33732021年影响因子：24.319分区信息：中科院一区Top涉及研究方向：化学4.作者信息第一作者是：云南大学张奇钊；通讯作者：云南大学方文浩。5.光源型号：CEL-HXF300-T3文章简介将5-羟甲基糠醛（HMF）选择氧化为2,5-二甲酰基呋喃（DFF）是糠醛类生物质平台分子转化利用的重要途径之一。DFF是合成糠基生物聚合物、药物中间体、杀菌剂以及荧光剂等的重要单体。传统的热催化氧化技术通常依赖于苛刻的温度和氧压，容易诱发安全和环境隐患。因此，迫切需要开发在温和条件下高效转化HMF为DFF的环境友好型催化体系。于是，光催化氧化技术，因为具有光生空穴和氧气存在下产生的活性氧物种可以在温和条件下驱动该反应的进行而成为科学家们研究的热点。然而现有的金属氧化物光催化剂的制备大部分较为复杂或者以有机试剂（即乙腈、三氟化苯等）作为反应溶剂导致较高的制备成本和环境污染。因此，非常需要低成本、易于制备和易于调节的氧化物催化剂。此外，使用水代替有机溶剂作为反应介质更环保，但对于金属氧化物催化剂来说可能具有很大的挑战性。因为作为副产物的水往往会阻碍正向反应，并且水也可能加剧金属浸出。基于上述研究背景，云南大学化学科学与工程学院方文浩教授课题组通过化学还原沉淀法制备了具有p-n异质结的(Cu2O)x‖TiO2光催化剂，实现了以H2O为反应溶剂，O2作为氧化剂，在无任何添加剂条件下高效利用太阳光催化氧化HMF制DFF。通过调变两种金属的比例和二氧化钛的晶相，深入研究了催化剂能带结构对反应机理的影响。研究发现Cu2O的含量决定HMF的转化率，而TiO2的晶相（即锐钛矿和金红石）影响DFF的选择性。通过清除剂实验研究揭示了空穴（h+）会将HMF深度氧化为CO2，而单线态氧（1O2）能够将HMF选择氧化为DFF。结合莫特肖特基曲线和价带谱数据可以推出半导体的能带结构，由此可得Cu2O的价带位置显然比HMF氧化为DFF的氧化电位更正，但比DFF的氧化电位更负。这表明Cu2O的价带上的光生空穴可以将HMF氧化成DFF，但不能进一步氧化DFF。相反，TiO2的价带位置比DFF的氧化电位更负，因此TiO2价带上的光生空穴能够进一步氧化DFF。p-n异质结的形成不仅抑制了TiO2上羟基自由基（•OH）的产生，而且还促进了O2在Cu2O上活化产生1O2。因此p-n异质结的形成增强了Cu2O的氧化还原能力同时增强了TiO2光利用效率。此外，通过光致发光谱，光电流响应以及电化学阻抗谱表征发现(Cu2O)0.16‖TiO2(A)具有最佳的光生电子和空穴的分离效率以及最佳的电荷迁移效率。与此相对应的，(Cu2O)0.16‖TiO2(A)催化剂在水相、35℃、10mLmin-1O2和模拟太阳光下的温和条件下（如图1所示），产生64.5mggcatal.-1h-1的DFF生成速率。这是目前文献报道的以水为反应介质金属氧化物光催化剂上取得的最佳结果。此外，该催化剂可直接在太阳光和空气下工作，且多次循环使用未见失活。该工作通过一系列的光电性质与形貌表征，深入揭示了异质结催化剂中两种半导体间的强相互作用。研究了在光催化反应过程中光生空穴与各个活性氧物种的作用。并通过能带结构解释了晶相与催化活性的构效关联问题。期望本研究建立的反应选择性和能带结构之间的关系可以应用于其他异质结光催化体系。

近日，第三届全国矿物材料学术与技术交流会暨第二十一届全国非金属矿加工利用技术交流会在湖北省武汉市举办。此次学术会由中国硅酸盐学会矿物材料分会、中国非金属矿工业协会矿物加工利用技术专业委员会联合主办，中国地质大学（武汉）纳米矿物材料及应用教育部工程研究中心、中国地质大学（武汉）材料与化学学院、中南大学矿物材料及其应用湖南省重点实验室共同承办。欧美克仪器携高性能的LS-609全自动激光粒度分析仪出席本次会议，与300多名矿物材料应用开发的企业和科研院校的专家共同交流，助力科研单位企业成果转化，共同推动矿物功能材料及非金属深加工产业高质量发展！，来自各大专院校、科研院所以及相关企业的300多位专家学者、企业家和代表出席了大会。中国硅酸盐学会矿物材料分会理事长郑水林教授首先致大会欢迎词。中国硅酸盐学会秘书长谭抚、中国非金属矿工业协会专职副会长兼秘书长王文利、中国地质大学（武汉）副校长周爱国分表发表讲话。中国地质大学（武汉）纳米矿物材料及应用教育部工程研究中心主任杨华明教授代表会议承办单位致欢迎词。作为国内颗粒测量仪器制造商，欧美克仪器受邀携高性能的LS-609全自动激光粒度分析仪出席本次会议，助力科研单位企业成果转化，共同推动矿物功能材料及非金属深加工产业高质量发展！会议围绕“创新驱动、高值应用”为主题，以硅酸盐矿物材料和非金属矿深加工科学进展和技术创新、矿物材料应用开发和产学研融合为重点，在国家倡导发展新型矿物功能材料的背景下，针对当前功能矿物材料学科领域的热点问题，从矿物材料应用和供给角度开展硅酸盐矿物材料科学研究与非金属矿深加工技术成果交流，以促进硅酸盐矿物材料科学技术创新发展、非金属矿深加工技术进步和产业升级，推动矿物功能材料及非金属深加工产业高质量发展。矿物材料是有某种或某几种物理、化学特性可供利用、由矿物构成或加工成的原材料。广义的矿物材料还包括一部分由岩石构成或制成的原材料。矿物材料不是以提取矿物中所含的有用元素作为用途，它的利用目的与冶金、化学工业中的矿物原料的利用目的不同。例如金红石作为矿物原料，从其中提取钛。作为矿物材料可利用它的高介电常数和低介电损耗，制作微波介质基片材料，高纯的合成金红石微粉──钛白粉由于白度高，遮盖能力强，可制作颜料，用于油漆、涂料、搪瓷等工业；金红石人工晶体以其高双折射率用作近红外偏光晶体。矿物材料大多为非金属矿物，也包括某些金属矿物。矿物材料是指天然产出的具有一种或几种可利用的物理化学性能或经过加工后达到以上条件的矿物，包含天然的金属矿物（铝土矿、铁矿、铅锌矿、锰矿、镍矿和铜矿等）、非金属矿物（高岭土、石英、蒙脱石、累托石、海泡石、沸石、硅灰石和电气石等）和人工合成矿物（人造水晶、人造金刚石和人造宝石）等。矿物材料具有多用性、多样性、储量大、价格低廉、替代性强、应用领域广等特点。其中，非金属矿物是造纸、塑料、涂料、油漆、陶瓷、医药、玻璃等行业理想的填充原料。非金属矿物的工业应用大多是利用其固有的技术物理特性，或利用经加工后形成的技术物理特性。因此，大多数非金属矿的加工除进行常规的破碎（磨矿）、分级和分选（选矿）外，还往往需要进行表面与界面改性、热处理、造粒、成型、固化等特殊处理。矿物材料和非金属矿加工后的产品一般为固体原料和工业制品，很多都是以粉体形态存在，加工后的物料粉体形状、粒度大小、粒度分布对这些产品的质量和应用性能起着至关重要的作用。例如，催化剂的粒度对催化成效有着重要的阻碍；水泥的粒度阻碍凝结时刻及最终的强度；各类矿物填料的粒度阻碍着制品的质量与性能；涂料的粒度会阻碍涂饰成效和表面光泽；药物的粒度阻碍口感、吸收率和疗效等等。因此，在非金属矿粉体加工与应用领域中，相应的颗粒粒度测量就显得相当重要。有效地测量与控制粉体的颗粒粒度及其分布，对提高产品质量、提升产品应用性能、推动产业升级、降低能源损耗、减少环境污染等具有重要意义，经过近30年的粒度粒形深耕发展，欧美克形成了包括激光粒度分析仪、纳米粒度仪分析仪、电阻法颗粒计数器、颗粒图像分析处理仪、动态图像仪、ASD近红外光谱仪、粉体特性测试仪等七大系列产品线，能够提供专业、完善的粒度粒形解决方案，并在传统陶瓷和新型陶瓷行业积累了一大批忠实用户。在会议期间，新老朋友纷纷来到欧美克展台，共同交流激光粒度分析仪在硅酸盐矿物材料、非金属矿深加工技术等行业的应用心得。在本次展会上，欧美克现场展示的因此，激光粒度分析仪在非金属矿行业有着广泛的应用。作为深耕非金属矿物行业近30年的专业粒度仪生产厂家，欧美克仪器的POP系列激光粒度仪在非金属矿行业可以说是无人不晓的存在，经过二十多年的行业积累，该系列产品在充分适应了恶劣工作环境的同时，还具备了全自动进样测量系统，减少了维护的需要，使得激光粒度仪的使用体验得到有效的提升，深受非金属矿行业客户的青睐。近年升级后的LS-POP（9）更是受到众多用户的一致好评。而LS-609激光粒度分析仪是欧美克新一代基础款的全自动湿法激光粒度分析仪，其采用水平直线光路布置、透镜后傅立叶变换结构、全自动对中机构以及智能、友好、实用的软件功能，良好的仪器在LS-POP(9)优良测试性能基础上，升级开发的一款智能化、高性能的全自动激光粒度分析仪。LS-609采用进口He-Ne激光器作为光源，激光功率更加稳定，预热时间短。结合其现代化的智能测量控制分析软件和全自动进样测量系统，使得粒度测试流程更加简洁和效率高、测试结果更稳定可靠、粒度检测报告的对比更加直观简单。会议现场，欧美克LS-609激光粒度分析仪受到不少行业客户的注意，纷纷驻足咨询了解。随着矿物材料向节能、省料、高性能方向发展，超微粒技术的应用对粒度检测和控制技术的要求越来越高，欧美克仪器作为国内行业标杆的粒度检测设备生产企业，始终致力于为矿物材料和非金属矿深加工领域提供专业、完善的粒度解决方案。在国家倡导发展新型矿物功能材料的背景下，欧美克仪器不断创新拓展、优化产品线，用，以更丰富的产品和更优质的服务竭尽全力助力矿物功能材料及非金属深加工产业高质量行业客户创新驱动、高值发展。！