一种氯化镁诱导剂法合成鳞片状六钛酸钾的方法与流程

本发明涉及一种氯化镁诱导剂法合成鳞片状六钛酸钾的方法，属于无机盐陶瓷材料制造技术领域。

背景技术：

目前，一般情况下鳞片状六钛酸钾的合成是以片状钛酸钾镁或钛酸锂钾为原料，强酸溶液中的氢离子将多层状结构的钛酸钾镁或钛酸锂钾中钾离子、镁离子或钾离子、锂离子交换出来，形成无定形多层状钛酸，然后在含有氢氧化钾的反应釜中进行水热反应，再一次进行阳离子交换，形成相当于六钛酸钾组成的无定形多层状六钛酸钾，再在高温下重结晶转换为六钛酸钾结晶。这种方法的缺陷是：使用了大量的酸，增加了环境污染；工艺过程比较复杂；设备投资大，要求高；原材料的利用率低，生产周期长，生产成本高。

cn106801256a介绍了一种氢氧化镁为诱导剂合成片状六钛酸钾的方法，利用诱导剂，在高温下生成四钛酸钾，然后再用合成六钛酸钾的方法，对四钛酸钾进行水处理，交换部分钾离子，再进行重结晶，得到鳞片状结晶六钛酸钾。此方法中的诱导剂氢氧化镁的要求较高，要尽量粒度小，要在原料体系中充分混合均匀才能完成；此外，该方法的工艺还是比较复杂，生产周期较长，导致生产成本仍然居高不下。

如何获得形状规则、均匀性良好、过程简单、周期短、原材料的利用率高、成本低廉的鳞片状钛酸钾，以期获得摩擦材料领域的大规模应用，是本发明亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种氯化镁诱导剂法合成鳞片状六钛酸钾的方法，选用烧结法，过程简单、能耗小、生产周期短且无任何环境污染、原材料的利用率高、收率大、合成的产品具有良好的外观尺寸、均匀性良好、成本较低，解决了背景技术存在的上述问题。

本发明技术方案是：

一种氯化镁诱导剂法合成鳞片状六钛酸钾的方法，包含如下步骤：

第一步，混料；将含钛原料、含钾原料和氯化镁诱导剂在水溶液中进行湿法混料；同时加入水溶性乳化剂，搅拌，混合均匀，得到混合均匀的浆料；

第二步，干燥；上述浆料进入滚筒刮板干燥机干燥，得到混合均匀的片状原料混合物；

第三步，烧结；片状原料混合物进高温窑炉，以1～5℃/分钟的升温速率，升温至980～1100℃，停留1～4小时，自然冷却；

第四步，破碎；在破碎机中破碎；

第五步，水洗；将上述破碎后的物料送进装有纯净水的反应锅中，固液比1/10～1/5，室温浸泡并搅拌2～4小时，此时溶液的ph值为7～9；

第六步，过滤、洗涤；上述浸泡并搅拌的溶液进过滤机过滤分离，滤液为含量小于1wt.%的氯化钾溶液；用相当于浸泡时所用的纯水量，分3～5次洗涤；滤液连同洗涤液回收；

第七步，干燥；将上述过滤机过滤的滤饼，控制温度在300～400℃，使用闪蒸机进行干燥、分级，即为成品。

本发明具体步骤如下：

①将含钛原料、含钾原料按照k2o∶tio2=1∶（3.5～5.5）摩尔比的比例称量，将氯化镁诱导剂按tio2量的（8～12）wt.%称量，将水溶性乳化剂按tio2量的1wt.%比例称量；

②将上述称量好的原料倒入水溶液中进行机械搅拌，湿法混料，得到混合均匀的浆料；在220-240℃的温度下，将混合均匀的浆料进入滚筒刮板干燥机进行干燥，得到混合均匀的片状原料混合物；

③将上述片状原料混合物置于陶瓷坩埚中，进高温窑炉，以1～5℃/分钟的升温速率，升温至980～1100℃，停留1～4小时，自然冷却至室温，成为团聚的孔隙率较大白色块状烧结体；

④将上述团聚的白色块状烧结体进入破碎机中进行破碎，成为白色粉状物；

⑤将上述白色粉状物进入到装有纯净水的反应锅中，固液比1/10～1/5,室温浸泡并搅拌2～4小时，此时溶液的ph值为7～9；

⑥将上述浸泡并搅拌的溶液进过滤机过滤分离，用相当于浸泡时所用的纯水量，分3～5次洗涤，过滤；

⑦温度控制在300～400℃，将上述过滤的滤饼使用闪蒸机进行干燥、分级，即为成品。

所述含钛原料，是指钛白粉、工业偏钛酸、锐钛矿、钛铁矿、钛精粉、板钛矿、金红石和高钛渣中的一种或两种以上的混合物。

所述含钾原料，是指无水碳酸钾、无水碳酸氢钾和氢氧化钾中的一种或两种以上的混合物。

所述氯化镁诱导剂是指氧化镁（氯化镁换算成氧化镁）与氯化钾的质量比为1/10～1/6的混合物。其中氯化镁是指水氯镁石和钾光卤石中的任意一种；

所述水溶性乳化剂，是指水溶性的烷基酚聚氧乙烯醚，如op-10等。

本发明的有益效果：本发明中添加的少量氯化镁在湿法混料过程中会生成分子级的胶体状氢氧化镁，很容易吸附于二氧化钛颗粒原料的表面，从而实现了微量氢氧化镁与二氧化钛的充分混合均匀。高温下发生化学反应，先形成微量的片状钛酸钾镁，因氯化钾的助熔和稀释作用，在微量片状钛酸钾镁诱导下生长出了片状的六钛酸钾晶体。在水溶液中除去溶于水的氯化钾，剩下的就是鳞片状六钛酸钾。所用的氯化镁是水氯镁石或钾光卤石，水氯镁石是盐湖钾肥厂的副产品，钾光卤石就是盐湖卤水的结晶，均十分廉价易得。本发明合成出来的鳞片状六钛酸钾，工艺简单，不使用酸，生产周期短，无污染，成本低，副产品氯化钾溶液可直接用于继续混料，或通过富集回收再利用，也可以做农用钾肥，原材料的利用率超过98%，收率大于90%。本发明获得的鳞片状六钛酸钾用于摩擦材料，耐磨、使用寿命长，摩擦系数几乎不随温度的变化而变化，制动无噪音，落灰少，不锈蚀轮毂，不产生环境污染。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为本发明实施例一成品的sem图（50.0µm）；

图3为本发明实施例一成品的sem图（20.0µm）；

图4为本发明实施例一成品的sem图（20.0µm）；

图5为本发明实施例一成品的sem图（10.0µm）；

图6为本发明实施例一成品的sem图（10.0µm）；

图7为本发明实施例一成品的xrd图谱。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明做进一步说明。

本发明的工艺流程图见附图1。

一种氯化镁诱导剂法合成鳞片状六钛酸钾的方法，工艺流程为：原料—湿法混料—干燥—烧结—破碎—浸泡—洗涤—干燥—分级—成品。其中，浸泡工序的滤液回收后进入湿法混料工序，循环使用；洗涤工序的洗涤液回收后进入浸泡工序，循环使用。

一种氯化镁诱导剂法合成鳞片状六钛酸钾的方法，包含如下具体步骤：

①将含钛原料、含钾原料按照k2o∶tio2=1∶（3.5～5.5）摩尔比的比例称量，将氯化镁诱导剂按tio2量的（8～12）wt.%称量，将水溶性乳化剂按tio2量的1wt.%比例称量；

②将上述原料倒入水溶液中进行机械搅拌，湿法混料，得到混合均匀的浆料；在220-240℃的温度下，将混合均匀的浆料进入滚筒刮板干燥机进行干燥，得到混合均匀的片状原料混合物；

③将上述片状原料混合物置于陶瓷坩埚中，进高温窑炉，以1～5℃/分钟的升温速率，升温至980～1100℃，停留1～4小时，自然冷却至室温，成为团聚的孔隙率较大白色块状烧结体；

④将上述团聚的白色块状烧结体进入破碎机中进行破碎，成为白色粉状物；

⑤将上述白色粉状物进入到装有纯净水的反应锅中，固液比1/10～1/5,浸泡并搅拌2～4小时，此时溶液的ph值为7～9；

⑥将上述浸泡并搅拌的溶液进过滤机过滤分离，用相当于浸泡时所用的纯水量，分3～5次洗涤，过滤；

⑦温度控制在300～400℃，将上述过滤的滤饼使用闪蒸机进行干燥、分级，即为成品。

实施例一：

（1）将锐钛型钛白粉、无水碳酸钾按照k2o∶tio2=1∶3.5摩尔比的比例称量，将氯化镁诱导剂（氧化镁（水氯镁石换算成氧化镁）:氯化钾=1:8wt.）按tio2量的10wt.%称量，将水溶性乳化剂op-10按tio2量的1wt.%比例称量；

（2）将上述原料倒入水溶液中进行机械搅拌，湿法混料，得到混合均匀的浆料；在220-240℃的温度下，将混合均匀的浆料进入滚筒刮板干燥机进行干燥，得到混合均匀的片状原料混合物；

（3）将上述片状原料混合物置于陶瓷坩埚中，进高温窑炉，以1℃/分钟的升温速率，升温至980℃，停留4小时，自然冷却至室温，成为团聚的孔隙率较大白色块状烧结体；

（4）将上述团聚的白色块状烧结体进入破碎机中进行破碎，成为白色粉状物；

（5）将上述白色粉状物进入到装有纯净水的反应锅中，固液比1/10,室温浸泡并搅拌4小时，此时溶液的ph值为7-9；

（6）将上述浸泡并搅拌的溶液进过滤机过滤分离，用相当于浸泡时所用的纯水量，分5次洗涤，过滤；

（7）温度控制在400℃，将上述过滤的滤饼使用闪蒸机进行干燥、分级，即为成品，收率90%。其微观形貌见图2～图6，x射线衍射图谱见图7。

实施例二：

（1）将工业偏钛酸、无水碳酸钾按照k2o∶tio2=1∶4.5摩尔比的比例称量，将氯化镁诱导剂（氧化镁（钾光卤石换算成氧化镁）:氯化钾=1:6wt.）按tio2量的10wt.%称量，将水溶性乳化剂op-10按tio2量的1wt.%比例称量；

（2）将上述原料倒入水溶液中进行机械搅拌，湿法混料，得到混合均匀的浆料；在220-240℃的温度下，将混合均匀的浆料进入滚筒刮板干燥机进行干燥，得到混合均匀的片状原料混合物；

（3）将上述片状原料混合物置于陶瓷坩埚中，进高温窑炉，以2℃/分钟的升温速率，升温至1050℃，停留2小时，自然冷却至室温，成为团聚的孔隙率较大白色块状烧结体；

（4）将上述团聚的白色块状烧结体进入破碎机中进行破碎，成为白色粉状物；

（5）将上述白色粉状物进入到装有纯净水的反应锅中，固液比1/10,室温浸泡并搅拌4小时，此时溶液的ph值为7-9；

（6）将上述浸泡并搅拌的溶液进过滤机过滤分离，用相当于浸泡时所用的水的量，分5次洗涤，过滤；

（7）温度控制在400℃，将上述过滤的滤饼使用闪蒸机进行干燥、分级，即为成品。收率91%。

实施例三：

（1）将锐钛型钛白粉、无水碳酸钾按照k2o∶tio2=1∶5.5摩尔比的比例称量，将氯化镁诱导剂（氧化镁（水氯镁石换算成氧化镁）:氯化钾=1:8wt.）按tio2量的12wt.%称量，将水溶性乳化剂op-10按tio2量的1wt.%比例称量；

（2）将上述原料倒入水溶液中进行机械搅拌，湿法混料，得到混合均匀的浆料；在220-240℃的温度下，将混合均匀的浆料进入滚筒刮板干燥机进行干燥，得到混合均匀的片状原料混合物；

（3）将上述片状原料混合物置于陶瓷坩埚中，进高温窑炉，以2℃/分钟的升温速率，升温至1100℃，停留1小时，自然冷却至室温，成为团聚的孔隙率较大白色块状烧结体；

（4）将上述团聚的白色块状烧结体进入破碎机中进行破碎，成为白色粉状物；

（5）将上述白色粉状物进入到装有纯净水的反应锅中，固液比1/10,室温浸泡并搅拌4小时，此时溶液的ph值为7～8；

（6）将上述浸泡并搅拌的溶液进过滤机过滤分离，用相当于浸泡时所用的纯水量，分4次洗涤，过滤；

（7）温度控制在400℃，将上述过滤的滤饼使用闪蒸机进行干燥、分级，即为成品。收率90%。