專利名稱：柱狀六鈦酸鉀的制備方法
技術領域：
本發明屬于化工領域，具體涉 及一種柱狀六鈦酸鉀的制備方法。
背景技術：
鈦酸鉀晶須可表示為K2O ·η 02,η可取2、4、6和8,分別表示二鈦酸鉀、四鈦酸鉀、六鈦酸鉀及八鈦酸鉀。1994年由黃繼芬教授在《鹽湖研究》(見Ρ69-75)上發表的《無機增強纖維I 鈦酸鉀纖維》的文章中介紹到六鈦酸鉀(K2Ti6O13),呈隧道結構，由TiO6八面體通過共面和共棱連結而成風洞狀結構的晶體，K離子占據風洞中，風洞軸與纖維軸平行。六鈦酸鉀中的K離子被這種風洞狀結構包裹住，使之與環境隔開，即使在溶液中K離子也無法突破這些風洞狀的包裹層而呈化學惰性。正是由于這種風洞狀的結構，使得六鈦酸鉀不同于層狀結構的二鈦酸鉀和四鈦酸鉀，如六鈦酸鉀纖維具有化學穩定性、熱穩定性、絕熱耐熱性、反射紅外線、絕緣、高溫吸音等等良性能。可用作金屬、陶瓷、水泥和塑料等的增強材料、耐火材料、絕熱涂料等等許多功能材料。并且鈦酸鉀晶須的幾何尺寸很小，將它用作樹脂的增強材料。不會顯著增加樹脂混合物的粘度，因而可以改善加工流動性，以制造出形狀復雜、尺寸精度高、各向同性、表面光潔的制品。鈦酸鉀晶須的硬度較小，對成型加工設備和模具的磨損較小。由于生產工藝的不同，六鈦酸鉀晶體的形態也不同，主要有鱗片狀、柱狀、針狀，由于晶體形態的不同，六鈦酸鉀的應用也有所不同。本發明的六鈦酸鉀呈柱狀晶體，可廣泛用于膜材材料。六鈦酸鉀的生產方法主要有燒結法、熔融法、助融法、水熱法等，但用于工業生產的主要是燒結法。通過專利檢索，申請號為200610132373. X的中國專利公開了一種柱狀六鈦酸鉀的制備方法，其主要工藝流程為1.配料和混料把碳酸鉀放入水中充分溶解，再將鈦白粉放入碳酸鉀溶液中攪拌均勻；鈦白粉(TiO2)與碳酸鉀(K2CO3)的摩爾比為5. 5飛.5 I ；2.造粒將步驟(I)得到的混合料裝入加熱爐中烘干，進入粉碎機粉碎、過40 200目篩，再密封裝袋；或者將步驟(I)得到的混合料裝入噴霧造粒機，霧化、烘干、過40 200目篩，再密封裝袋；3.煅燒將步驟(2)得到的造粒料裝入陶瓷容器并加蓋，再進入分段控溫加熱爐煅燒，煅燒過程由升溫、保溫、降溫三步完成；4.粉碎和分離將步驟(3)得到的煅燒料，先采用錘式破碎機破碎成粗顆粒，再采用振動球磨和風力分選工藝，將其粉碎、分離成單晶體。該工藝生產的六鈦酸鉀主要缺點如下I.從該專利內容可知,使用該方法生產的六鈦酸鉀長徑比小,收率低；2.生產的六鈦酸鉀中存在有二氧化鈦雜質,且不易于六鈦酸鉀分離。申請號為200710190552. 3的中國專利公開了一種六鈦酸鉀晶須的生產方法，其主要的工藝為以K2CO3和偏鈦酸為原料，將K2CO3和偏鈦酸混合，其中K2CO3與偏鈦酸中Ti032_的摩爾比為1:2 5，同時按照摩爾KK2CO3 K2SO4Sl : O. Of 2的比例加入硫酸鉀，干燥、磨細；將混合物在900°C 1150°C煅燒，燒成物在空氣中冷卻后，浸于去離子水中煮沸5lh，過濾，洗滌，烘干，得到鈦酸鉀晶須。該方法的主要缺點是1.產品生產周期長；2.在去離子水中煮沸條件過于苛刻。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種柱狀六鈦酸鉀的制備方法，該方法收率高，制得的柱狀六鈦酸鉀長徑比大、純度高。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是柱狀六鈦酸鉀的制備方法，包括如下步驟a、將一100目的含鈦原料和含鉀原料按照TiO2 K2O = 4 7的摩爾比混合均勻；b、將步驟a混合均勻后的物料置于1100 1300°C的溫度環境下燒結I 4h，使物料充分反應； C、將步驟b燒結后的物料快速冷卻，然后在60 80°C的恒溫環境下用水將冷卻后的物料進行充分解離，最后過濾、干燥即得柱狀六鈦酸鉀產品。本發明解離是指用水將可溶性堿性物質溶解，然后隨水去除，提高產品純度的過程。為了節約能耗，步驟c中將燒結后的物料快速冷卻通常采用的介質為冷卻水。其中，上述方法步驟a中原料的摩爾配比為Ti02 K2O = 5 6。其中，上述方法步驟b中燒結的溫度為1130 1170°C。其中，上述方法步驟c中干燥的溫度為85 95°C。其中，上述方法所述的含鈦原料為銳鈦型二氧化鈦、金紅石型二氧化鈦或偏鈦酸中的至少一種。其中，上述方法所述含鉀原料為氫氧化鉀。本發明的有益效果是本發明控制原料的粒度有利于混料均勻，使原料能夠充分的反應，提高收率；控制原料摩爾比，有利于提高產品的純度，增加產品長徑比；嚴格控制燒結溫度和時間，使TiO2能盡可能的轉變為六鈦酸鉀，從而提高了收率，同時使長徑比能盡可能提高；將燒結物料快速的冷卻，使液相完全失去析晶能力，全部轉化為低溫下的玻璃體，同時減少產品中細小的晶體，使產品的物相更純凈，保證產品基本為六鈦酸鉀，提高純度和收率；用水將冷卻后的物料進行離解，提高產品純度；在以上措施的綜合作用下，能充分提高產品收率，制得的柱狀六鈦酸鉀長徑比大、純度高。本發明方法工藝流程簡單，易操作，成本低，適宜工業化生產。


圖I為本發明實施例一制備得到的柱狀六鈦酸鉀的SHM圖；圖2為本發明實施例二制備得到的柱狀六鈦酸鉀的SM圖；圖3為本發明實施例二制備得到的柱狀六鈦酸鉀的XRD圖；橫坐標2 Θ角度，單位。；縱坐標強度，單位counts，即在2 Θ角度下收集到的光子數。
具體實施例方式下面通過具體實施方式
對本發明作進一步的說明。本發明柱狀六鈦酸鉀的制備方法，包括如下步驟a、將一 100目的含鈦原料和含鉀原料按照TiO2 K2O = 4 7的摩爾比混合均勻；b、將步驟a混合均勻后的物料置于1100 1300°C的溫度環境下燒結I 4h，使物料充分反應；C、將步驟b燒結后的物料快速冷卻，然后在60 80°C的恒溫環境下用水將冷卻后的物料進行充分解離，最后過濾、干燥即得柱狀六鈦酸鉀產品。本發明原料粒度一 100目，使得含鈦原料和含鉀原料的松裝體積基本一致，有利于混料均勻，使原料能夠充分的接觸。原料按照TiO2 K2O = 4 7的摩爾比混合，配比過小將生成二鈦酸鉀或四鈦酸鉀，使產品純度降低，產品配比過大，產品的晶須長度反而降低，影響產品質量。本發明燒結溫度過高，晶須產品會由于高溫而熔斷，反而降低其長度，反應溫度過低將產生四鈦酸鉀雜質。本發明需對燒結物料進行急冷，若緩冷，產品將轉變成為四鈦酸鉀和二鈦酸鉀，快速冷卻能避免雜質的產生。在60 80°C的恒溫環境下進行解離， 可確保可溶性雜質的溶解。其中，上述方法步驟a中原料的摩爾配比為Ti02 K2O = 5 6。其中，上述方法步驟b中燒結的溫度為1130 1170°C。本發明進行燒結的前期，溫度可以稍高一些，如1300°C左右，但是，在燒結的后期應該在1130 1170°C之間，以保證六鈦酸鉀的生成。其中，上述方法步驟c中干燥的溫度為85 95°C。其中，上述方法所述的含鈦原料為銳鈦型二氧化鈦、金紅石型二氧化鈦或偏鈦酸中的至少一種。其中，上述方法所述含鉀原料為氫氧化鉀。下面通過實施例對本發明的具體實施方式
作進一步的說明，但并不因此將本發明的保護范圍限制在實施例之中。實施例一將偏鈦酸(含水20%)與一100目的氫氧化鉀按照TiO2 K20=5. 5的摩爾比稱量，并將二者混合均勻；將上述混合好的原料裝入到適當大小的坩堝中，并將坩堝放入到1150°C的高溫箱式電阻爐中，停留3h ；將上述燒結好的產品取出，立即放入到盛水容器中冷卻；待廣品冷卻完成以后，從水中取出廣品，將樹禍中的廣品放入含400ml水的燒杯中，并將燒杯放入到設置溫度為70°C的水浴鍋中，攪拌燒杯中的產品使晶須產品充分解離，解離時間為2h ；將上述解離以后的產品抽濾以后，放入到90°C的烘箱內烘干后即為成品。見制備得到的柱狀六鈦酸鉀的SEM圖(圖1)，六鈦酸鉀晶須的長度可達200μπι，長徑比高于15。實施例一由于采用含水量為20%偏鈦酸為原料，偏鈦酸質量為12. 86g，因此m (Ti02)=12 . 86 X 80%=10.288g，最終產品質量為 12. Olg，所以，
1001 480
產品收率' 480+94 =97-6o/o。
原料中TiO2 10.288實施例二
將一 100目的銳鈦型二氧化鈦與氫氧化鉀按照TiO2 K20=5. 5的摩爾比稱量，并將二者混合均勻；將上述混合好的原料裝入到適當大小的坩堝中，并將坩堝放入到1150°C的高溫箱式電阻爐中，停留3h ；將上述燒結好的產品取出，立即放入到盛水容器中冷卻；待廣品冷卻完成以后，從水中取出廣品，將樹禍中的廣品放入含400ml水的燒杯中，并將燒杯放入到設置溫度為70°C的水浴鍋中，攪拌燒杯中的產品使晶須產品充分解離，解離時間為2h ；將上述解離以后的產品抽濾以后，放入到90°C的烘箱內烘干后即為成品。 見柱狀六鈦酸鉀的SEM圖和XRD圖(圖2和圖3)，從XRD檢驗結果看到，產品中主要物象為六鈦酸鉀晶須，不存在其余的物象組成。從SEM結果顯示，六鈦酸鉀晶須的長度為30 μ m左右，長徑比為12左右，實施例二采用銳鈦型二氧化鈦為原料，m (TiO2) =12. 86g，最終產品質量為11.25g，所以，
"OS 480
產品收率=SSt= . 二^4=73.15% 。
原料中TiO2 12.86 由實施例可知，本發明采取嚴格控制原料的粒度、原料配比，嚴格控制燒結溫度和時間，同時采用冷卻水快速的使燒結物料冷卻，用水將冷卻后的物料進行離解等措施，充分提高了產品收率，制得的柱狀六鈦酸鉀長徑比大、純度高。
權利要求
1.柱狀六鈦酸鉀的制備方法，其特征在于包括如下步驟a、將一100目的含鈦原料和含鉀原料按照TiO2 K2O = 4 7的摩爾比混合均勻； b、將步驟a混合均勻后的物料置于1100 1300°C的溫度環境下燒結I 4h，使物料充分反應； c、將步驟b燒結后的物料快速冷卻，然后在60 80°C的恒溫環境下用水將冷卻后的物料進行充分解離，最后過濾、干燥即得柱狀六鈦酸鉀產品。
2.根據權利要求I所述的柱狀六鈦酸鉀的制備方法，其特征在于步驟a中原料的摩爾配比為Ti02 K2O = 5 6。
3.根據權利要求I所述的柱狀六鈦酸鉀的制備方法，其特征在于步驟b中燒結的溫度為 1130 1170°C。
4.根據權利要求I所述的柱狀六鈦酸鉀的制備方法，其特征在于步驟c中干燥的溫度為85 95°C。
5.根據權利要求I至4中任一項所述的柱狀六鈦酸鉀的制備方法，其特征在于所述的含鈦原料為銳鈦型二氧化鈦、金紅石型二氧化鈦或偏鈦酸中的至少一種。
6.根據權利要求I至4中任一項所述的柱狀六鈦酸鉀的制備方法，其特征在于所述含鉀原料為氫氧化鉀。
全文摘要
本發明公開了一種柱狀六鈦酸鉀的制備方法，屬于化工領域。該方法包括如下步驟a、將－100目的含鈦原料和含鉀原料按照TiO2︰K2O＝4～7的摩爾比混合均勻；b、將步驟a混合均勻后的物料置于1100～1300℃的溫度環境下燒結1～4h，使物料充分反應；c、將步驟b燒結后的物料快速冷卻，然后在60～80℃的恒溫環境下用水將冷卻后的物料進行充分解離，最后過濾、干燥即得柱狀六鈦酸鉀產品。本發明工藝流程簡單，易操作，成本低，收率高，制得的柱狀六鈦酸鉀長徑比大、純度高，適宜工業化生產。
文檔編號C01G23/00GK102849790SQ20121037469
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月27日 優先權日2012年9月27日
發明者張樹立, 王本菊, 劉黔蜀, 王海波, 孫青竹, 羅燕, 白桂華 申請人:攀枝花學院