二氧化鈦制備方法

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1、1.3二氧化鈦的制備方法1.3.1常規(guī)二氧化鈦制備方法二氧化鈦的工業(yè)化生產(chǎn)方法有兩種：硫酸法和氯化法。1）硫酸法用硫酸酸解含鈦礦物，得到硫酸氧鈦溶液，經(jīng)純化和水解得到偏鈦酸沉淀，再進(jìn)入轉(zhuǎn)窯焙燒產(chǎn)出二氧化鈦顏料產(chǎn)品，是非連續(xù)生產(chǎn)工藝，工藝流程復(fù)雜，需要20道左右的步驟，排放廢棄物較多。晶型轉(zhuǎn)變需更多操作步驟，采用的焚燒工藝需要消耗大量能源[9]。硫酸法工藝主要包括以下幾個(gè)步驟：除雜：Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O,TiO2+2H2SO4=Ti(SO4)2+2H2O然后：Fe+Fe2(SO4)3=3Fe2SO4調(diào)PH至5-6，使Ti(SO4)

2、2水解：Ti(SO4)2+3H2O=H2TiO3↓+2H2SO4過(guò)濾沉淀加熱得到TiO2：H2TiO3=TiO2+H2O↑2）氯化法氯化法是以鈦鐵礦、高鈦渣、人造金紅石或天然金紅石等與氯氣反應(yīng)生成四氯化鈦，經(jīng)精餾提純，再進(jìn)行氣相氧化；速冷后，經(jīng)過(guò)氣固分離得到二氧化鈦。由于沒有轉(zhuǎn)窯焙燒工藝形成的燒結(jié)，其二氧化鈦原級(jí)粒子易于解聚，所以在產(chǎn)品精制的過(guò)程較硫酸法大幅度節(jié)省能量[10]。氯化法工藝主要包括以下幾個(gè)步驟：先用鹽酸除雜：Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O過(guò)濾洗滌然后加焦炭和氯氣：TiO2(粗)+C+2Cl2=TiCl4(氣)+CO2冷卻、收集TiCl

3、4(液)小心水解：TiCl4+3H2O=H2TiO3+4HCl加熱提純得到精制二氧化鈦：H2TiO3=TiO2(精)+H2O↑1.3.2微細(xì)二氧化鈦的制備工藝粉體的超微細(xì)加工通常有物理方法和化學(xué)方法兩大類。物理加工法是將粗粒子粉碎得到微粉體的方法。雖然目前粉碎技術(shù)已有改進(jìn)，但粉碎過(guò)程很容易混入雜質(zhì)，很難制備1μm以下的超微粒子?；瘜W(xué)法是由離子、原子形核，然后再長(zhǎng)大，分兩步過(guò)程制備微粒子的方法，這種方法易得到粒徑1μm以下的超微粒子。微細(xì)二氧化鈦的制備主要包括氣相法和液相法。氣相法是指直接利用氣體或采用激光、電子束照射等方法將原料變?yōu)闅怏w或離子體，使之在氣體狀態(tài)下

4、發(fā)生化學(xué)或物理變化，然后再經(jīng)冷卻、凝結(jié)、長(zhǎng)大等過(guò)程制備微細(xì)顆粒的方法，由于氣相法生產(chǎn)成本較高，一般用來(lái)生產(chǎn)納米二氧化鈦。液相法是指反應(yīng)在溶液中，通過(guò)各種手段使溶質(zhì)形成大小一定的顆粒，再經(jīng)熱處理后得到二氧化鈦粉體。液相法主要有：沉淀法、水熱法、溶膠-凝膠法、微乳液法、水解法等。下面就國(guó)內(nèi)外氣相法和液相法制備微細(xì)二氧化鈦的研究進(jìn)展及現(xiàn)狀進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。1）氣相法①四氯化鈦氣相法此方法是將氧氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w通過(guò)TiCl4的蒸發(fā)器，預(yù)熱到435℃，調(diào)制成反應(yīng)用混合氣體后送到反應(yīng)器，TiCl4和氧氣在900~1400℃時(shí)開始反應(yīng)，反應(yīng)后經(jīng)氣固分離得到微細(xì)二氧化鈦。該工藝控

5、制條件復(fù)雜，目前仍處于實(shí)驗(yàn)室小試階段，有許多諸如反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等問(wèn)題還有待解決，它的主要優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)化程度比較高，可制備優(yōu)質(zhì)二氧化鈦粉體[11]。②鈦醇鹽氣相水解法該工藝最早是由麻省理工學(xué)院開發(fā)成功的，可用來(lái)生產(chǎn)單分散球形納米二氧化鈦，該工藝已經(jīng)在日本曹達(dá)公司和出光興產(chǎn)公司實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，其工藝流程為：利用氮?dú)?、氧氣或空氣作載氣，把鈦醇鹽蒸汽和水蒸氣分別導(dǎo)入到反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)，進(jìn)行瞬間混合和快速水解反應(yīng)。通過(guò)改變反應(yīng)區(qū)內(nèi)各種蒸汽的停留時(shí)間、濃度、流速及反應(yīng)溫度等來(lái)調(diào)節(jié)納米二氧化鈦的粒徑和粒子形狀。制備的納米二氧化鈦粉體純度高、分散性好、團(tuán)聚少、表面活性大，特別適用

6、于精細(xì)陶瓷、催化劑材料、電子材料。該工藝的特點(diǎn)是操作溫度較低、能耗小，對(duì)材質(zhì)要求不高，并可以連續(xù)化生產(chǎn)。但工藝過(guò)程需瞬間完成，要求反應(yīng)物料在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到微觀上的均勻混合，因此，對(duì)反應(yīng)器的類型、加熱方式、進(jìn)料方式均有很高的要求[12]。③鈦醇鹽氣相沉積法先將鈦醇鹽加熱氣化，用溫度高達(dá)數(shù)百度的惰性氣體(如氮?dú)?、氦?做載氣，把鈦醇鹽蒸汽預(yù)熱后導(dǎo)入熱分解爐進(jìn)行熱分解反應(yīng)，不燃燒即可分解成微細(xì)粉末。該法生產(chǎn)的納米二氧化鈦可用作吸附劑、光催化劑和化妝品添加劑等。為增加所生成納米二氧化鈦的耐候性，可向熱分解爐中同時(shí)導(dǎo)入易揮發(fā)的金屬化合物(如鋁、鋯等)蒸汽，使納米二氧化鈦

7、粉體制備和表面處理同時(shí)進(jìn)行[13]。2)液相法液相法具有合成溫度低、設(shè)備簡(jiǎn)單、易操作、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是目前實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)上廣泛采用的制備微細(xì)粉體的方法。這里主要就液相法制備微細(xì)二氧化鈦粉體的文獻(xiàn)進(jìn)行總結(jié)和概述[14]。①液相沉淀法反應(yīng)機(jī)理如下：H2N-CO-NH2→NH4OH+CO2↑4NH4OH+Ti(SO4)2→Ti(OH)4↓+2(NH4)2SO4Ti(OH)4→TiO2+H2O沉淀法制備微細(xì)二氧化鈦，一般以無(wú)機(jī)鈦鹽為原料，如四氯化鈦、硫酸氧鈦、硫酸鈦等，先制成可溶性鹽溶液，然后再加入合適的沉淀劑(如尿素)，于一定溫度下溶液發(fā)生水解反應(yīng)，形成不溶性的水和氧化

8、物或氫氧化物從溶液中析出