專利名稱：一種堿金屬鈦基晶須和片晶的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種堿金屬鈦基晶須和片晶的制備方法，具體的說為一種通過簡單的一次燒結(jié)制備出堿金屬鈦基晶須和片晶的方法。
背景技術(shù)：
堿金屬鈦基晶須和片晶具有增強、隔熱等作用，可應(yīng)用于塑料、涂料、摩擦材料等行業(yè)。特別是六鈦酸鉀晶須具有優(yōu)良的力學(xué)和物理性能，優(yōu)異的隔熱、耐磨性，可以取代強致癌物質(zhì)石棉，這樣避免了環(huán)境污染，同時提高了摩擦材料的摩擦系數(shù)和熱穩(wěn)定性[1]，具有顯著的社會和經(jīng)濟效益。
傳統(tǒng)制備堿金屬鈦基晶須和片晶的方法是將TiO2與堿金屬碳酸鹽按一定的比例混合，然后經(jīng)過高溫煅燒得到[1-5]，由于TiO2昂貴的市場價格，使得堿金屬鈦基晶須和片晶的制備成本過高，不能被大規(guī)模應(yīng)用。同時，用碳熱還原法[6-8]從鈦礦石出發(fā)制備TiO2時，仍需要經(jīng)過高溫煅燒，這是一個高能耗的過程，也是導(dǎo)致TiO2價格高的原因之一?，F(xiàn)在以鈦鐵礦為原料制備堿金屬鈦基晶須多為兩步法，即先將鈦鐵礦中TiO2富集成鈦渣，然后在高溫下再和堿金屬化合物反應(yīng)生成堿金屬鈦酸鹽晶須[9]。W.Akira等[10]用酸處理過的鈦鐵礦和堿金屬化合物、石墨，通過高溫?zé)Y(jié)制備出堿金屬鈦酸鹽晶須，此工藝實際上仍為兩步法，首先通過水洗鈦鐵礦來富集TiO2，然后再高溫?zé)Y(jié)出所需產(chǎn)品，并且此工藝會產(chǎn)生廢水，不利于環(huán)保。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于實現(xiàn)堿金屬鈦基晶須和片晶的高質(zhì)量低成本制備，以鈦鐵礦、鈦精礦、假板鈦礦等鈦礦物為前驅(qū)體，將鈦礦物的碳熱還原制備TiO2的過程與TiO2燒結(jié)制備鈦基晶須和片晶的過程耦合在一起，在高溫熔體環(huán)境中一步獲得鈦基晶須和片晶產(chǎn)品。
本發(fā)明的目的可以通過以下措施達(dá)到
一種堿金屬鈦基晶須和片晶的制備方法，其特征是按以下步驟進行①將鈦礦物、含堿金屬化合物與助熔劑、還原劑、水，充分混合；混合物中助熔劑質(zhì)量百分含量為10％～50％，還原劑質(zhì)量百分含量為1％～40％，水質(zhì)量百分含量為10％～50％，其余為鈦礦物和含堿金屬化合物；鈦礦物與含堿金屬化合物折合成TiO2與M2O，其摩爾比為TiO2/M2O＝2.0～4.0，其中M為堿金屬；②將上述混合物在800～1300℃下燒結(jié)30分鐘～10小時；③將燒結(jié)產(chǎn)物水洗分散、過濾、干燥。
其中鈦礦物為鈦鐵礦、鈦精礦、假板鈦礦、鈦鐵晶石或紅鈦鐵礦；含堿金屬化合物為鋰、鈉、鉀、銣、銫的硝酸鹽、碳酸鹽或氫氧化物；助熔劑為堿金屬的硝酸鹽、硫酸鹽或氯化物中的一種或幾種；還原劑為焦炭、木炭、石墨或煤中的一種或幾種。
本發(fā)明制得的產(chǎn)品是堿金屬鈦基晶須或片晶M0.2-2.0Fe0-2.0Ti0.2-6O2-16，其中鐵的含量可以通過還原劑來控制。產(chǎn)品晶須長度10～100μm，直徑1～4μm；片晶直徑8～15μm，厚度1～3μm。本發(fā)明直接以鈦礦物為前驅(qū)體，將鈦礦物的碳熱還原制備TiO2的過程與TiO2燒結(jié)制備鈦基晶須和片晶的過程耦合在一起，縮短了工藝流程，同時采用熔體法，提高了產(chǎn)品的結(jié)晶性能，因而是一種低成本高質(zhì)量制備堿金屬鈦基晶須和片晶的方法，有利于工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用。本發(fā)明制備的堿金屬鈦基晶須和片晶具有增強、隔熱、摩擦等優(yōu)異性能。


圖1為本發(fā)明鈦酸鐵鋰片晶的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。
圖2為本發(fā)明六鈦酸鉀晶須的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。
圖3為本發(fā)明鈦酸鐵銫晶須的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。
具體實施例方式
下面根據(jù)實施例對本發(fā)明作進一步描述實施例1.
①原料配制鈦鐵礦，Li2CO3，LiCl，石墨，H2O。上述原料均勻混合，

比較例2.
①原料配制紅鈦鐵礦，K2CO3，石墨，H2O。上述原料均勻混合，其中摩爾比TiO2/K2O＝3.0，含石墨40wt％，含水10wt％；②將混好的反應(yīng)物料裝于氧化鋁坩鍋中，反應(yīng)溫度為1200℃，反應(yīng)時間為2小時；③將燒結(jié)產(chǎn)物水洗分散；④過濾；⑤在150℃下干燥2.5小時。
上述過程得到的是六鈦酸鉀，與實施例3相比，由于未加助熔劑，產(chǎn)物形貌為晶塊，品質(zhì)較差。
比較例3.
①原料配制鈦精礦，Rb2CO3，RbNO3，H2O。上述原料均勻混合，其中摩爾比TiO2/Rb2O＝4.0，含10wt％RbNO3，含水20wt％；②將混好的反應(yīng)物料裝于氧化鋁坩鍋中，反應(yīng)溫度為1100℃，反應(yīng)時間為8小時；③將燒結(jié)產(chǎn)物水洗分散；④過濾；⑤在150℃下干燥2.5小時。
上述過程得到的主要成分是鈦酸鐵銣顆粒，與實施例4相比，由于未加還原劑，產(chǎn)物組成不均一，品質(zhì)較差。
比較例4.
①原料配制鈦鐵礦，CsOH，CsCl，石墨，H2O。上述原料均勻混合，其中摩爾比TiO2/Cs2O＝5.0，含60wt％CsCl，含石墨0.5wt％，含水5wt％；②將混好的反應(yīng)物料裝于氧化鋁坩鍋中，反應(yīng)溫度為600℃，反應(yīng)時間為2小時；③將燒結(jié)產(chǎn)物水洗分散；④過濾；⑤在150℃下干燥2.5小時。
上述過程得到的是鈦酸鐵銫，與實施例5相比，由于此工藝條件超出本發(fā)明工藝范圍，因此產(chǎn)物形貌為顆粒狀，品質(zhì)較差。
由實施例與比較例比較可以看出本發(fā)明由于在反應(yīng)中加入助熔劑和還原劑，使得晶體的質(zhì)量明顯提高。與傳統(tǒng)工藝相比，本發(fā)明改變了反應(yīng)前驅(qū)體，并且縮短了流程，大大降低了生產(chǎn)成本，因此可見，本發(fā)明適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
參考文獻[1]馮新，楊祝紅，陸小華等，六鈦酸鉀晶須的制備方法，CN1323924A，2001。
隗學(xué)禮，趙寬放，鈦酸鉀晶須制備方法，CN1093760，1994。
程存康，徐宏，胡恒瑤，古宏晨，六鈦酸鉀晶須的制備方法，CN1472369，2004。
K.Isamu，A.Kenji，Production of potassium titanate fiber，JP10212625，1998。
H.Ogawa，S.Takahashi，N.Itoi，Platy potassium titanate，process for producing the same，and friction material，US6677041，2000。
S.A.F.Simon，M.D.John，Preparation of high-titania slag bycarbothermic smelting of ilmenite ore in electric-arc furnace，US2002-284636，2002。
F.Lothar，B.A.Naghi，Process of producing synthetic rutilefrom ilmenite，AU 1998-63575，1998。
何安西，還原鈦鐵礦粉的制取方法及其用途，CN1036228A。
F.YOSHINORI，W.JIYUN，Production of titania fiber，JP60259625，1985。
W.Akira，T.Yoshimitsu，S.Koji，F(xiàn).Masashi，Production ofalkali titanate fiber，JP62207800，1987。
權(quán)利要求
1.一種堿金屬鈦基晶須和片晶的制備方法，其特征是按以下步驟進行①將鈦礦物、含堿金屬化合物與助熔劑、還原劑、水，充分混合；混合物中助熔劑質(zhì)量百分含量為10％～50％，還原劑質(zhì)量百分含量為1％～40％，水質(zhì)量百分含量為10％～50％，其余為鈦礦物和含堿金屬化合物；鈦礦物與含堿金屬化合物折合成TiO2與M2O，其摩爾比為TiO2/M2O＝2.0～4.0，其中M為堿金屬；②將上述混合物在800～1300℃下燒結(jié)30分鐘～10小時；③將燒結(jié)產(chǎn)物水洗分散、過濾、干燥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是鈦礦物為鈦鐵礦、鈦精礦、假板鈦礦、鈦鐵晶石或紅鈦鐵礦。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是含堿金屬化合物為鋰、鈉、鉀、銣、銫的硝酸鹽、碳酸鹽或氫氧化物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是助熔劑為堿金屬的硝酸鹽、硫酸鹽或氯化物中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是還原劑為焦炭、木炭、石墨或煤中的一種或幾種。
全文摘要
一種堿金屬鈦基晶須和片晶的制備方法，將鈦礦物、含堿金屬化合物與助熔劑、還原劑、水，充分混合；混合物中助熔劑質(zhì)量百分含量為10％～50％，還原劑質(zhì)量百分含量為1％～40％，水質(zhì)量百分含量為10％～50％，其余為鈦礦物和含堿金屬化合物；鈦礦物與含堿金屬化合物折合成TiO
文檔編號C30B29/00GK1865536SQ20061003968
公開日2006年11月22日 申請日期2006年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月20日
發(fā)明者陸小華, 劉暢, 秦夕峰, 王昌松, 馮新, 王浩, 楊祝紅 申請人:南京工業(yè)大學(xué)