專利名稱：一種由含鈦電爐熔分渣制備一維納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬氧化物材料制備領(lǐng)域，特別涉及水熱法從電爐熔分渣中制備一維納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦材料的方法。
背景技術(shù)：
我國攀西地區(qū)蘊(yùn)藏著豐富的釩鈦磁鐵礦資源，保有儲量在100億噸以上。攀枝花目前對釩鈦磁鐵礦的利用主要采用高爐流程，此流程回收了礦中的鐵和釩，鈦則以二氧化鈦形式進(jìn)入高爐渣(TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2 左右)，目前僅攀鋼每年排放的含鈦高爐渣就達(dá)到了 300萬噸以上。至今為止，人們對含鈦高爐渣已經(jīng)進(jìn)行了廣泛而深入的研究。(鄧君，薛遜，劉功國，攀鋼釩鈦磁鐵礦資源綜合利用現(xiàn)狀與發(fā)展[J]，材料與冶金學(xué)報(bào)，2007，6 (2) 64-68 ；王海鳳，張春霞，齊淵洪，高爐渣處理與熱能回收的現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J]，中國冶金， 2007，17 (6) 53-58)
除高爐冶煉流程外，直接還原工藝在綜合處理攀枝花釩鈦磁鐵礦時(shí)有很大的技術(shù)優(yōu)勢，因此由此產(chǎn)生的含鈦電爐熔分渣也越積越多。含鈦鐵礦石經(jīng)直接還原(是指在低于熔化溫度之下將鐵礦石，還原成海綿鐵的煉鐵生產(chǎn)過程)后，再放入電弧爐進(jìn)行熔分，原料中的 Fe, V進(jìn)入鐵液中，Ti進(jìn)入渣中形成高鈦渣，渣中的Ti含量達(dá)到51%左右。由于電爐熔分渣的成分復(fù)雜，雜質(zhì)多，且含鈦礦相較多，至今不能充分利用，造成極大的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。含鈦高爐渣的基礎(chǔ)性研究已經(jīng)比較成熟，但針對含鈦電爐熔分渣的研究目前還較少。目前制備二氧化鈦光催化劑的方法主要有純物質(zhì)制得，但利用含鈦電爐熔分渣來制備光催化材料未見報(bào)道。利用純物質(zhì)來制備二氧化鈦光催化材料成本很高，且含鈦電爐熔分渣是一種有害的冶金廢棄物，如不加以利用導(dǎo)致大量堆積將造成污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出在水熱條件下，以氫氧化鈉溶液處理電爐熔分渣，再經(jīng)后續(xù)鹽酸的酸化處理和煅燒，制備一維納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦，不僅可以簡化工藝，而且節(jié)約了能耗。本發(fā)明在水熱條件下以電爐熔分渣為原料制備一維納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦，依次包括如下步驟
(1)將含鈦電爐熔分渣粉碎，磨細(xì)后與之前配制好的堿液濃度在9 mol .L-1以上的氫氧化鈉溶液攪拌均勻后，放入水熱專用的反應(yīng)釜中；密封反應(yīng)釜，將其加熱到160°C 200°C， 保溫18 24h后，在反應(yīng)釜溫度低于水的沸點(diǎn)時(shí)，打開反應(yīng)釜，將其中的溶液傾倒于干凈的燒杯中。(2)利用抽濾裝置進(jìn)行抽濾，對濾渣繼續(xù)沖洗直到濾出的清液pH為8 10。抽濾后將渣放入干燥箱進(jìn)行干燥。
(3)超聲以及酸解操作稱取濾渣做酸解實(shí)驗(yàn)，混勻方式采用超聲的方式，向燒瓶中加入渣樣，再倒入0. 1 1 mol · Γ1的HCL，蓋上瓶塞，超聲0. 5 Ih取出燒瓶；酸解操作是將混勻后的燒瓶置于電磁加熱器中，回流4 他。(4)酸解后離心操作將燒瓶中所有物質(zhì)轉(zhuǎn)移進(jìn)離心用塑料瓶。設(shè)置離心機(jī)，離心結(jié)束后，將裝有白色殘?jiān)嗟乃芰媳湃敫稍锵洹?5)煅燒操作將干燥后的白渣轉(zhuǎn)移到耐火材料坩堝中，在馬弗爐中煅燒。煅燒結(jié)束，打開馬弗爐爐門，使試樣隨爐空冷。步驟(1)所述的堿溶液濃度為12 mol ·Ι^，水熱反應(yīng)加熱溫度一般為160°C到 200°C，水熱反應(yīng)時(shí)間控制在1 至Mh。步驟(3)所述鹽酸濃度為0. 1 1 mol · L—1。濾渣與酸解液混勻的方法亦可采用磁力攪拌器進(jìn)行電磁攪拌的方式替代超聲的方式，也能達(dá)到相同的混勻效果。本發(fā)明制備的光催化材料的原料來源廣泛，主要為含二氧化鈦的電爐熔分渣，這是冶金工業(yè)的廢棄物，如不利用不僅污染環(huán)境而且也浪費(fèi)了寶貴的資源。本發(fā)明通過合理控制氫氧化鈉溶液濃度、反應(yīng)時(shí)間和溫度，有效地以氫氧化鈉溶液從電爐熔分渣中制備一維納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦，不僅可以簡化工藝，而且節(jié)約了能耗，該方法易于操作，是利用電爐熔分渣的合理有效的途徑。


圖1采用水熱法從電爐熔分渣中制備一維納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦的SEM照片。圖2采用水熱法從電爐熔分渣中制備一維納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦的XRD圖。圖3采用水熱法從電爐熔分渣中制備一維納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦的EDS圖譜。圖4為電爐熔分渣制備的一維納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦對甲基藍(lán)的降解曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行闡述，但并不因此將本發(fā)明限制在實(shí)例范圍之內(nèi)。(1)將攀鋼含鈦電爐熔分渣粉碎，磨細(xì)后取Ig與之前配制好的氫氧化鈉溶液 (^mol-L-1)·,攪拌均勻后，放入水熱專用的反應(yīng)釜中。密封反應(yīng)釜，將其加熱到200°C。保溫1 后，直到反應(yīng)結(jié)束，在反應(yīng)釜溫度低于水的沸點(diǎn)時(shí)，打開反應(yīng)釜，將其中的溶液傾倒于干凈的燒杯中。(2)利用抽濾裝置進(jìn)行抽濾，對濾渣繼續(xù)沖洗直到濾出的清液呈弱堿性(pH=9左右)。抽濾后將渣放入干燥箱進(jìn)行干燥。(3)超聲以及酸解操作。稱取濾渣做酸解實(shí)驗(yàn)。向燒瓶中加入渣樣，再倒入100ml， 0.6 mol · Γ1 HCL，蓋上瓶塞，超聲一個(gè)小時(shí)后取出燒瓶，置于電磁加熱器中。固定好鐵架臺，開始酸解回流操作(六個(gè)小時(shí))。(4)酸解后離心操作將燒瓶中所有物質(zhì)轉(zhuǎn)移進(jìn)離心用塑料瓶。設(shè)置離心機(jī)(離心轉(zhuǎn)數(shù)為3000r/min，離心15min)。離心結(jié)束后，將裝有白色殘?jiān)嗟乃芰媳湃敫稍锵?干燥一小時(shí))。(5)煅燒操作將干燥后的白渣轉(zhuǎn)移到耐火材料坩堝中，在馬弗爐中在450°C下煅燒一個(gè)小時(shí)。煅燒結(jié)束，打開馬弗爐爐門，使試樣隨爐空冷。
實(shí)施例2
(1)將攀鋼高鈦電爐熔分渣粉碎，磨細(xì)后取Ig與之前配制好的氫氧化鈉溶液 (^mol-L-1)·,攪拌均勻后，放入水熱專用的反應(yīng)釜中。密封反應(yīng)釜，將其加熱到180°C。保溫24h后，直到反應(yīng)結(jié)束，在反應(yīng)釜溫度低于水的沸點(diǎn)時(shí)，打開反應(yīng)釜，將其中的溶液傾倒于干凈的燒杯中。(2)利用抽濾裝置進(jìn)行抽濾，對濾渣繼續(xù)沖洗直到濾出的清液呈弱堿性(pH=9左右)。抽濾后將渣放入干燥箱進(jìn)行干燥。(3)超聲以及酸解操作。稱取濾渣做酸解實(shí)驗(yàn)。向燒瓶中加入渣樣，再倒入100ml， 1 mol -Γ1 HCL，蓋上瓶塞，超聲一個(gè)小時(shí)后取出燒瓶，置于電磁加熱器中。固定好鐵架臺， 開始酸解回流操作(六個(gè)小時(shí))。(4)酸解后離心操作將燒瓶中所有物質(zhì)轉(zhuǎn)移進(jìn)離心用塑料瓶。設(shè)置離心機(jī)(離心轉(zhuǎn)數(shù)為3000r/min，離心15min)。離心結(jié)束后，將裝有白色殘?jiān)嗟乃芰媳湃敫稍锵?干燥一小時(shí))。(5)煅燒操作將干燥后的白渣轉(zhuǎn)移到耐火材料坩堝中，在馬弗爐中在450°C下煅燒一個(gè)小時(shí)。煅燒結(jié)束，打開馬弗爐爐門，使試樣隨爐空冷。實(shí)施例3
(1)將含鈦電爐熔分渣粉碎，磨細(xì)后取Ig與之前配制好的氫氧化鈉溶液(12mol化-1)。 攪拌均勻后，放入水熱專用的反應(yīng)釜中。密封反應(yīng)釜，將其加熱到160°C。保溫24h后，直到反應(yīng)結(jié)束，在反應(yīng)釜溫度低于水的沸點(diǎn)時(shí)，打開反應(yīng)釜，將其中的溶液傾倒于干凈的燒杯中。(2)利用抽濾裝置進(jìn)行抽濾，對濾渣繼續(xù)沖洗直到濾出的清液呈弱堿性(pH=9左右)。抽濾后將渣放入干燥箱進(jìn)行干燥。(3)超聲以及酸解操作。稱取濾渣做酸解實(shí)驗(yàn)。向燒瓶中加入渣樣，再倒入100ml， 0.6 mol · Γ1 HCL，蓋上瓶塞，超聲一個(gè)小時(shí)后取出燒瓶，置于電磁加熱器中。固定好鐵架臺，開始酸解回流操作(六個(gè)小時(shí))。(4)酸解后離心操作將燒瓶中所有物質(zhì)轉(zhuǎn)移進(jìn)離心用塑料瓶。設(shè)置離心機(jī)(離心轉(zhuǎn)數(shù)為3000r/min，離心15min)。離心結(jié)束后，將裝有白色殘?jiān)嗟乃芰媳湃敫稍锵?干燥一小時(shí))。(5)煅燒操作將干燥后的白渣轉(zhuǎn)移到耐火材料坩堝中，在馬弗爐中在450°C下煅燒一個(gè)小時(shí)。煅燒結(jié)束，打開馬弗爐爐門，使試樣隨爐空冷。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果
1、實(shí)驗(yàn)后所得樣品為一維納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦，純度很高(99%以上，試樣鋪在導(dǎo)電膠上，故有一定含量的碳)。2、隨水熱反應(yīng)時(shí)間的延長，氫氧化鈉濃度和水熱溫度的提高，一維納米結(jié)構(gòu)更加整齊，均勻，并且形貌更加完整。采用掃描電鏡(SEM)表征其形貌和分布，X射線衍射儀確定晶型。檢測結(jié)果表明，從電爐熔分渣中制備得到的一維納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦產(chǎn)物為很好的光催化材料(在氙燈光照時(shí)間為90min時(shí)，甲基藍(lán)降解率可達(dá)81. 1%)，實(shí)現(xiàn)了以廢治廢。表1為采用水熱法從電爐熔分渣中制備一維納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦的EDS數(shù)值。
表 權(quán)利要求
1.一種由含鈦電爐熔分渣制備一維納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦的方法，其特征在于所用原料為含鈦電爐熔分渣；所制備的材料為一維納米結(jié)構(gòu)的二氧化鈦；其工藝步驟為(1)將含鈦電爐熔分渣粉碎，磨細(xì)后與之前配制好的堿液濃度在9mol -L-1以上的氫氧化鈉溶液攪拌均勻后，放入水熱專用的反應(yīng)釜中；密封反應(yīng)釜，將其加熱到160°C 200°C， 保溫18 24h后，在反應(yīng)釜溫度低于水的沸點(diǎn)時(shí)，打開反應(yīng)釜，將其中的溶液和沉淀傾倒于干凈的燒杯中；(2)利用抽濾裝置進(jìn)行抽濾，對濾渣繼續(xù)沖洗直到濾出的清液pH為8 10，抽濾后將渣放入干燥箱進(jìn)行干燥；(3)超聲以及酸解操作稱取濾渣做酸解實(shí)驗(yàn)，混勻方式采用超聲的方式，向燒瓶中加入渣樣，再倒入0. 1 1 mol ·廠1的HCL，蓋上瓶塞，超聲0. 5 Ih取出燒瓶；酸解操作是將混勻后的燒瓶置于電磁加熱器中，回流4 他；(4)酸解后離心操作將燒瓶中所有物質(zhì)轉(zhuǎn)移進(jìn)離心用塑料瓶，設(shè)置離心機(jī)離心轉(zhuǎn)數(shù)為 1500 3000r/min，離心5 15min ；離心結(jié)束后，將裝有白色殘?jiān)嗟乃芰媳湃敫稍锵涓稍?. 5h Ih ；(5)煅燒操作將干燥后的白渣轉(zhuǎn)移到耐火材料坩堝中，在馬弗爐中在300°C 600°C 下煅燒0. 5 池；煅燒結(jié)束，打開馬弗爐爐門，使試樣隨爐空冷，得到一維納米結(jié)構(gòu)的二氧化鈦。
2.按照權(quán)利要求1所述的由含鈦電爐熔分渣制備一維納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦的方法，其特征是步驟(3)中濾渣與酸解液混勻方法是采用磁力攪拌器替代超聲的方式進(jìn)行電磁攪拌， 達(dá)到相同的混勻效果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種由含鈦電爐熔分渣制備一維納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦的方法，屬于金屬氧化物材料制備領(lǐng)域。本發(fā)明使用來源廣泛的含鈦電爐熔分渣，依次包括如下步驟將含鈦電爐熔分渣粉碎后與氫氧化鈉溶液攪拌均勻后，放入水熱專用的特殊反應(yīng)釜中，將其加熱到指定溫度，保溫一定的時(shí)間。通過抽濾、干燥、超聲、酸解、離心和煅燒操作，從電爐熔分渣中制備出一維納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦，有效地解決了含鈦電爐熔分渣越積越多的問題，簡化了提鈦工藝，減少了能耗。用此法制備的一維納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦光催化效果顯著,可以用于降解有機(jī)廢水，實(shí)現(xiàn)了以廢治廢，為含鈦電爐熔分渣的綜合利用提供了一種新的工藝。
文檔編號C22B7/04GK102409179SQ20111026999
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者劉洋, 張梅, 李克非, 郭敏, 闕再青 申請人:北京科技大學(xué)