CN1233560C - 制备金红石型二氧化钛的方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备金红石型二氧化钛的方法，本发明利用固相反应，直接以钛铁矿(FeTiO3)为原料，通过高能球磨的固相反应技术，经过焙烧和酸浸，最终获得金红石型二氧化钛。本发明以我国储量丰富的、价格低廉的钛铁矿粉末为原料，原料易得，制造工艺简单，生产过程易控制，生产成本低，环境污染轻，具有可靠、高效等优势，易实现工业化生产，应用前景广阔；制备的金红石型TiO2纯度高，颗粒均匀，化学性能稳定。纯度分析表明，产品中TiO2含量超过国家标准一级品指标(TiO2含量要求为94%)。
Description
[技术领域]本发明属于超微细材料的制备及应用领域，涉及二氧化钛的制备，特别是一种由钛铁矿通过固相反应制备金红石型二氧化钛的方法。
[背景技术]二氧化钛是一种重要的无机功能材料。主要用途为：感光材料、气体传感器、温度传感器、磁记录材料、汽车面漆、光催化剂、化妆品、食品包装材料、陶瓷添加剂、树脂油墨着色剂，硅橡胶补强剂，固定润滑剂的添加剂等。二氧化钛晶体包括三种晶型：锐钛矿、板钛矿和金红石型，通常在低温制备时生成前两种晶型，而金红石型在500℃以上高温焙烧时才开始，故金红石型二氧化钛较前两种晶型化学性质更稳定，耐候性更强，而且折射率更高，介电性能更好。
目前，国内外制备二氧化钛超细颗粒的方法主要有：钛醇盐(Ti(OR)4)液相水解法和气相水解法；四氯化钛(TiCl4)高温氧化法、气相氢氧焰水解法、液相法等；硫酸氧钛(TiOSO4)液相水解法、溶胶法等。一般情况下，液相法能够制备均匀性好、纯度高的超细颗粒，但成本较高，工艺流程较长，粉体的后处理过程中，易产生硬团聚；而气相反应因本身就系高温反应，适宜制备金红石型二氧化钛，但对设备耐腐蚀性质要求高，对大气污染严重，投资大，技术难度大。我国的二氧化钛基本均采用硫酸法和氯化法生产，由于过程中难以保证粒子形态均匀，且杂质无法去除，只能制成低档次的二氧化钛，附加值很低，不足以抵消再生时所化的费用，企业再利用积极性差。
[发明内容]本发明提供一种制备金红石型二氧化钛超细颗粒的方法，为我国丰富的钛铁矿资源开拓一条高技术含量、高附加值的途径。
本发明利用固相反应，直接以钛铁矿(FeTiO3)为原料，通过高能球磨的固相反应技术，经过焙烧和酸浸，最终获得金红石型二氧化钛。具体工艺过程为：将钛铁矿通过振动磨超细加工，以提高其活化能，和单质硫按一定的比例混合，利用行星磨进行固相反应得前躯体。高能球磨的过程中要求在氮气气氛下进行，在机械力化学的作用下，使单质硫和钛铁矿反应，一定时间后，由x射线衍射分析可知，有FeS2生成。将球磨后的前躯体同样在氮气保护气的条件下，高温焙烧，此时已经有金红石型TiO2生成，而FeS2又转化为FeS，在酸浸作用下，经过滤、干燥即可除去FeS和其他杂质，获得金红石型TiO2。
所述钛铁矿二氧化钛重量百分含量大于或等于48％。
具体工艺条件为：振动磨超细粉碎时间为10～20min，钛铁矿和单质硫的重量比为2～3∶1，高能球磨和焙烧均在氮气气氛下进行，高能球磨用直径为20mm和10mm的不锈钢球，球料比10～20∶1，球磨时间20～30h，焙烧温度为700～900℃，焙烧时间1～3h，酸浸采用重量百分浓度为10％的盐酸。
本发明球磨和焙烧均以N2为保护气氛，防止单质硫在反应过程中被氧化；球磨过程中，球料比过小，反应不充分，过大，球磨过程中容易使设备升温，影响产品的性能；球磨时间过短，产品结晶不完全，过长浪费能源，增加生产成本；焙烧温度太低，不能生成金红石型二氧化钛，过高，颗粒易团聚；利用盐酸旨在除去TiO2以外的杂质，如果浓度过大，污染环境，过低，达不到除杂的目的。
本发明以我国储量丰富的、价格低廉的钛铁矿粉末为原料，利用固相反应由钛铁矿直接制备金红石型二氧化钛，原料易得，制造工艺简单，生产过程易控制，生产成本低，环境污染轻，具有可靠、高效等优势，易实现工业化生产，应用前景广阔。制备的金红石型TiO2纯度高，颗粒均匀，化学性能稳定。纯度分析表明，样品中TiO2含量超过国家标准1706-88中BA01-02产品一级品指标(TiO2含量要求为94％)。
[附图说明]
图1：本发明工艺步骤流程示意图；
图2：X射线衍射分析图，其中：a：原矿X射线衍射图，b：球磨30h后X射线衍射图；c：经800℃焙烧后X射线衍射图；d：酸浸后最终产物X射线衍射图。
[具体实施方式]
1.取15克钛铁矿，振动磨磨15分钟；与单质硫以6∶2.5(wt％)的配比混合，取混合物10克放入球灌中，球的质量为200克(_20mm的大球6个，_10mm的小球4个)，充入N2(≥99.5％)保护气，利用行星磨球磨30小时，X射线衍射图如图2中b所示；将球磨后的试样在气氛电阻炉中进行焙烧，同样是在N2气氛的条件下，800℃煅烧2小时，焙烧后X射线衍射图如图2中c所示；取10％(wt％)的稀盐酸40毫升，连同冷却后试样放入60毫升的烧杯中，酸浸10小时，除去铁和其他的杂质，然后真空抽滤，用蒸馏水多次洗涤，将滤出物用电热恒温鼓风干燥箱100℃烘干2小时，制得的最终产物。X-射线衍射如图2中d所示，分析可知属于四方晶系，为金红石型二氧化钛。
Claims (2)
1.一种制备金红石型二氧化钛的方法，其特征在于：将钛铁矿通过振动磨超细加工，和单质硫混合，利用行星磨进行固相反应得前躯体，将球磨后的前躯体高温焙烧，酸浸后，经过滤、干燥获得金红石型TiO2；
具体工艺条件为：振动磨超细粉碎时间为10～20min，钛铁矿和单质硫的重量比为2～3∶1，高能球磨和焙烧均在氮气气氛下进行，高能球磨用直径为20mm和10mm的不锈钢球，球料比10～20∶1，球磨时间20～30h，焙烧温度为700～900℃，焙烧时间1～3h，酸浸采用重量百分浓度为10％的盐酸。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述钛铁矿二氧化钛重量百分含量大于或等于48％。
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