专利名称：纳米级金红石型二氧化钛粉体制备方法
技术领域：
本发明属于二氧化钛粉体制备技术领域，特别涉及到一种以偏钛酸为原料，制备纳米级金红石型二氧化钛粉体的方法。
背景技术：
用偏钛酸为原料制备纳米级金红石二氧化钛粉体的方法国内外普遍已有报导，如1、英国专利2205088A指出，水合二氧化钛用NaOH处理，随后用盐酸处理，可得到针状二氧化钛。2、日本专利特开平7-187677指出，将钛化合物和碱反应制得二氧化钛悬浊液，在还原剂存在下，进行加热处理可得到金红石型纳米二氧化钛。3、中国专利公开号1146976指出，以偏钛酸为原料经洗涤纯化、分散乳化、热处理可制得金红石型纳米二氧化钛(煅烧温度为700～800℃，平均粒径为80～100nm)。4、中国专利公开号1192992指出，以偏钛酸为原料，尿素为均匀沉淀剂，将合成的沉淀物在950～1000℃煅烧2.5～3.5小时得平均粒径为45nm的纳米级二氧化钛。5、中国专利公开号1217297指出，以偏钛酸为原料，碳酸钠为沉淀剂，硫酸锌作晶型转化剂，采用碳酸锌包覆正钛酸，并进行预溶解，最后在800～900℃煅烧2小时，可得纳米级金红石二氧化钛粉体。
上述专利文献资料均以偏钛酸为原料制备纳米金红石二氧化钛粉体，但存在如下问题上述(1)、(2)方法，当用强碱处理偏钛酸时，可使凝聚二氧化钛解聚，但工艺过程不易控制，常常解聚不完全，且在规模生产中强碱溶料对生产设备要求严格，不易工业化生产；上述(3)、(4)方法，在煅烧温度过高，且需加入晶型转化剂，导致粒子平均粒径偏粗80～100nm，且金红石转化率不高；上述(5)方法工艺过程复杂，预溶解，且需溶去97％的包覆氧化锌粉体，再用800℃焙烧，不易控制，工业规模生产困难。
为解决上述存在问题，本发明的目的旨在提供一种工艺过程简单且常温常压反应，不引入晶型转化剂，且能实现低温(450～550℃)煅烧转型制备纳米级金红石二氧化钛粉体的方法。
本发明所述纳米级金红石型二氧化钛粉体的制备方法是，以偏钛酸为原料，先用浓H2SO4将偏钛酸溶解为一定F值的硫酸氧钛，然后用碳酸钠溶液中和硫酸氧钛溶液，得到Ti(OH)4沉淀，沉淀物经充分水洗除尽钠盐，再用浓盐酸胶溶，用氨水调节pH值，经过滤、洗涤、干燥、煅烧和粉碎工艺制得纳米级金红石型二氧化钛粉体。
工艺流程如下1偏钛酸→2酸溶→3碳酸钠中和→4过滤洗涤→5盐酸胶溶→6过滤洗涤→7干燥→8煅烧→9气流粉碎→10产品进一步的是，本发明所选用的偏钛酸为硫酸法钛白生产中间过程产物，其杂质少，铁含量一般小于50ppm。
进一步的是，本发明用浓硫酸溶解偏钛酸并控制其F值小于4，以便于控制反应又能直观反应解聚效果，优于用NaOH处理偏钛酸。
进一步的是，用碳酸钠溶液中和硫酸氧钛溶液，直到pH值为7～8制得Ti(OH)4。
进一步的是，在碳酸钠中和硫酸氧钛溶液或Ti(OH)4沉淀物用盐酸胶溶后，进行洗涤至中性，除去Na+和SO42-，可用浓度为10％的BaCl2检验洗涤效果。再过滤，并在120℃干燥2小时。
进一步的是，采用浓盐酸胶溶，控制胶溶条件胶溶F值0.45～0.60，胶溶温度80～90℃，胶溶时间30～50分钟。
进一步的是，本发明不添加任何晶型促进剂，实现了低温煅烧转型，即煅烧温度450～550℃，煅烧时间＜5小时。
本发明制备的金红石型二氧化钛纳米粉体的主要技术指标见表1。
表1金红石型二氧化钛纳米粉体主要技术指标
本发明突出的优点是1、主原料偏钛酸价廉易得，无毒无腐蚀。
2、工艺过程简单易控，反应设备使用常规化工设备，便于工业化规模化生产。
3、现有技术中，一般采用的方法是加有机分散剂，加晶型转化剂，且在较高温度700～1000℃下煅烧制备金红石纳米二氧化钛粉，易使二氧化钛粒子发生部分烧结，产生硬团聚，粗粒子偏多，应用性能不好等问题。而本发明不添加任何分散剂，不加晶型转化剂，且实现低温(450～550℃)煅烧转型，金红石转化率＞99％。
4、本发明工艺过程中产生的废气、废水少。
具体实施例方式
下面结合实施例对发明的技术方案作进一步地说明。
实施例1称取偏钛酸1300g，加入浓硫酸900ml，溶解后硫酸氧钛F值为3.57。用碳酸钠溶液中和，控制pH值7左右。过滤洗涤沉淀除去大量钠盐及硫酸根离子，所得沉淀用浓盐酸胶溶，控制F值为0.5，温度85℃，时间35分钟，加入氨水调pH值为7。再经过滤、洗涤、干燥，控制煅烧温度小于550℃，煅烧4.5小时，最好气流粉碎得到纳米级金红石二氧化钛粉体。
质量指标金红石转化率＞99％，粒子平均粒径30～50nm。
实施例2称取143Kg偏钛酸于反应釜中，加入99456ml分析纯浓硫酸，蒸气加热并搅拌至全溶，得到硫酸氧钛溶液，溶解后硫酸氧钛F值为3.80。将250Kg工业用无水碳酸钠配成溶液，并板框过滤除杂，在搅拌下用碳酸钠溶液缓慢中和硫酸氧钛溶液，并使得pH值为7。过滤、洗涤多次除去钠盐，滤饼在反应釜内打浆，用浓HCl 58L加入反应釜内胶溶，控制反应温度85℃，反应时间35分钟。再经过滤、洗涤、干燥，使用推板窑煅烧4.5小时，控制最高温度500℃，最后经气流粉碎得到纳米级金红石二氧化钛粉体50Kg。
质量指标金红石转化率＞99％，粒子平均粒径36nm。
权利要求
1.纳米级金红石型二氧化钛粉体制备方法，其特征在于，以偏钛酸为原料，先用浓H2SO4将偏钛酸溶解为一定F值的硫酸氧钛，然后用碳酸钠溶液中和硫酸氧钛溶液，得到Ti(OH)4沉淀，沉淀物经充分水洗除尽钠盐，再用浓盐酸胶溶，用氨水调节p H值，经过滤、洗涤、干燥、煅烧和粉碎工艺制得纳米级金红石型二氧化钛粉体。
2.如权利要求1所述的纳米级金红石型二氧化钛粉体制备方法，其特征在于，所述的偏钛酸酸溶时要控制浓硫酸用量，使得硫酸氧钛的F值＜4。
3.如权利要求1所述的纳米级金红石型二氧化钛粉体制备方法，其特征在于，用碳酸钠溶液中和硫酸氧钛溶液时，溶液的pH值须控制为7～8。
4.如权利要求1所述的纳米级金红石型二氧化钛粉体制备方法，其特征在于，经水冼除尽钠盐的Ti(OH)4沉淀用盐酸胶溶时控制参数为胶溶温度为80～90℃，F值为0.45～0.6，胶溶时间为30～50分钟。
5.如权利要求1所述的纳米级金红石型二氧化钛粉体制备方法，其特征在于，煅烧时控制煅烧温度为450～550℃，煅烧时间＜5小时。
全文摘要
本发明公开了纳米级金红石型二氧化钛粉体制备方法，即先以偏钛酸为原料，用浓硫酸处理成一定F值的硫酸氧钛溶液，再用碳酸钠中和沉淀，用水洗涤该沉淀，用盐酸胶溶，氨水凝胶，经过滤、洗涤、干燥、煅烧和气流粉碎等工艺制备出纳米级金红石型二氧化钛粉体。本发明的优点在于，原料价廉易得，工艺过程简单，便于控制，且反应过程产生的废气和废水少。利用常用设备在常温常压下，即可制备出球形二氧化钛粉体产品，其金红石含量大于99％，粒子的平均直径为20～40纳米，且产品质量稳定。
文档编号C01G23/047GK1506311SQ0215551
公开日2004年6月23日 申请日期2002年12月9日 优先权日2002年12月9日
发明者陶宁, 王兰武, 陶 宁 申请人:攀枝花钢铁有限责任公司钢铁研究院