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Verfahren zur Herstellung von feinverteiltem, praktisch reinem
Titandioxyd mit Anatasstruktur
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von praktisch reinem Titandioxyd mit Anatasstruktur, welches als neues Rohmaterial für die Herstellung gesinterter Titanate oder als Einsatzprodukt für die Herstellung birnenförmiger Titandioxydeinkristalle besonders geeignet ist.
Bei der Herstellung massiver Einkristalle aus Titandioxyd oder gesinterter Titanat-Materialien ist es notwendig, Ausgangsmaterialien mit besonders hoher Reinheit und kleiner Teilchengrösse anzuwenden.
Titandioxyd wird gewöhnlich nach technischen Prozessen mit Pigmentqualität hergestellt. Diese Art von Titandioxyd ist jedoch nicht hinreichend rein, um für die Einkristallherstellung verwendet werden zu können. Tatsächlich enthält auch chemisch reines Titandioxyd beträchtliche Mengen an Verunreinigungen und ist als Einsatzprodukt für die Einkristallherstellung daher nicht geeignet.
Titandioxyd, welches als Einsatzprodukt für die Einkristallherstellung hinreichend rein ist, wurde jedoch nach dem in der USA-Patentschrift Nr. 2, 521, 392 beschriebenen Verfahren herstellt.
Diese Patentschrift beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von hochgereinigtem Titandioxyd in
EMI1.1
h. 850 - 11000CErfindungsgemäss wurde festgestellt, dass Titandioxyd, wenn es in der Anatasform hergestellt wird, reaktiver und daher besser verwendbar ist.
Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung von Titandioxyd in der Anatasform, welches genügend rein ist, um als Einsatzprodukt zur Herstellung birnenförmiger Einkristalle verwendet werden zu können. Birnenförmige Titandioxydeinkristalle finden unter anderem als Schmucksteine und in der Optik Verwendung. Das erfindungsgemäss hergestellte Anatas-Ti02 kann ausser zur Herstellung birnenförmiger Titandioxydeinkristalle auch als Ausgangsmaterial für die Herstellung von gesinterten Titanaten dienen, auf derenReinheit mit Hinblick auf ihre Verwendung auf dem elektrischen und optischen Gebiet besonders viel Wert gelegt wird.
Allgemein umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von fein verteiltem Anatas, welcher als Einsatzprodukt für die Herstellung von Einkristallen aus Titandioxyd verwendet werden kann, wobei eine wässerige Lösung von Titantetrachlorid, Oxalsäure und Ammoniumchlorid vermischt werden. Die erhaltene Fällung aus einer Ammoniumtitanchloridoxalat-Zusammensetzung wird aus der Lösung entfernt und bei relativ niedrigen Temperaturen, d. h. 600-700 C erhitzt, wobei Ammonium, Chlorid und Oxalat verflüchtigt werden und Titandioxyd in der Anatasform entsteht.
Um den Anatas in guter Ausbeute und in frei fliessender, fein verteilter Form zu erhalten, sollten die oben angeführten Komponenten in folgenden Verhältnissen vermischt werden : 0, 5 - I, 0 Mole Oxalsäure und
0, 75-3, 0 Mole Ammoniumchlorid pro Mol Titantetrachlorid
Es wurde gefunden, dass die Anwendung von weniger als 0, 5 Molen Oxalsäure pro Mol Titantetrachlorid schlechte Ausbeuten und ein hartes grobes Produkt ergibt. Mehr als 1, 0 Mole Oxalsäure ergeben
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ebenfalls schlechte Produkte. Weniger als 0, 75 Mole Ammoniumchlorid pro Mol Titantetrachlorid er- geben schlechte Ausbeuten und ein hartes Produkt, während mehr als 3, 0 Mole ebenfalls harte, grobe
Produkte ergeben.
Die Titantetrachloridlösung, die Oxalsäure und das Ammoniumchlorid können auf beliebige Art ver- mischt werden. Vorzugsweise werden die Titantetrachloridlösung und die Oxalsäure vermischt und zu dieser Mischung die Ammoniumchloridlösung zugegeben. Andere Arten der Zugabe, wie z. B. Vermischen der Oxalsäure und des Ammoniumchlorids und Zugabe der Titantetrachloridlösung zu dieser Mischung sind ebenfalls anwendbar.
Die Lösungen können bei Temperaturen zwischen 30 und 800C miteinander zur Umsetzung gebracht werden.
Die Lösungen können unter Rühren rasch vermischt werden, worauf die gebildete Fällung vor dem Filtrieren absetzen gelassen wird. Die Fällung wird dann gegebenenfalls gewaschen, getrocknet und auf 600 - 7000C erhitzt. um Ammonium, Chlorid und Oxalat zu entfernen und das Titandioxyd in der Anatasform zu erhalten. Nach dem Erhitzen wird das Produkt gemahlen und gegebenenfalls durch ein 0, 149 mm Sieb gesiebt. Das gesiebte Produkt ist weich, frei fliessend, und hat eine Schüttdichte von 0, 35 bis 0, 46 kg/l.
Das folgende Beispiel dient zur Erläutertung des erfindungsgemässen Verfahrens :
Eine wässerige Titantetrachloridlösung wurde-wie folgt hergestellt : 14 kg Titantetrachlorid wurden langsam in einen mit Wasser gekühlten Behälter gegeben, welcher 28 1 entmineralisiertes Wasser enthielt. Das Wasser wurde intensiv gerührt und das Titantetrachlorid langsam zugefügt, so dass die Temperatur während des Vermischens nicht über 350C anstieg.
DieOxalsäurelösung wurde durch Erhitzen von 400 ml entmineralisiertem Wasser auf 700C und nach- folgender Zugabe von 126 g chemisch reiner Oxalsäure (C2H20. 2 H20) unterRühren, hergestellt. Nach Zugabe der Oxalsäure wurde die Temperatur auf 60 C eingestellt.
Zur Herstellung der Ammoniumchloridlösung wurden 400 ml entmineralisiertes Wasser auf 500C erhitzt und unter Rühren 80, 2 g chemisch reines Ammoniumchlorid zugegeben. Die Temperatur der Lösung wurde auf 40 C gehalten.
Zur Durchführung der Umsetzung wurde zunächst die Oxalsäurelösung gerührt und zu dieser Lösung 445 ml der oben beschriebenen Titantetrachloridlösung (180 g TiO /l) zugegeben. Nach Zugabe der Ammoniumchloridlösung zur Mischung der beiden andern Lösungen, begann sich fast sofort ein Niederschlag zu bilden. Zur Vervollständigung der Fällung wurde die Mischung wenigstens 2 h gerührt, worauf der Niederschlag nach dem Absetzen filtriert, gewaschen und im Vakuum einige Stunden getrocknet
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EMI2.2
<tb>
<tb> :TiO2 <SEP> 45, <SEP> 5%
<tb> C2 <SEP> 26, <SEP> 1%
<tb> NH4'3, <SEP> 2% <SEP>
<tb> Cl <SEP> 7, <SEP> 2% <SEP>
<tb> H20 <SEP> 18, <SEP> 00/0 <SEP>
<tb>
Der getrocknete Niederschlag wurde dann 3 h auf 6500C erhitzt, um Ammonium, Chlorid und Oxalat zu entfernen.
Nach dem Erhitzen wurde das Produkt in einem Mörser vermahlen und durch ein 0, 149 mm Sieb gesiebt. Das gesiebte Produkt war ein weiches, fein verteiltes, aussergewöhnlich reines Titandioxyd mit einer Schüttdichte von 0, 40 kg/l, und wies die Kristallstruktur des Anatas auf.
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EMI2.4
<tb>
<tb> 0/0
<tb> SiO <SEP> 0, <SEP> 08 <SEP> Cu <SEP> 0, <SEP> 0002 <SEP>
<tb> Fez <SEP> Os <SEP> 0, <SEP> 002 <SEP> Pb <SEP> < 0, <SEP> 001 <SEP>
<tb> A10 <SEP> Os <SEP> 0, <SEP> 001 <SEP> Mn <SEP> < 0, <SEP> 00005 <SEP>
<tb> SbO <SEP> < 0, <SEP> 001 <SEP> W <SEP> < 0, <SEP> 005 <SEP>
<tb> SnO <SEP> < 0, <SEP> 001 <SEP> V <SEP> < 0, <SEP> 001
<tb> Mg <SEP> 0, <SEP> 0005 <SEP> Cr <SEP> < 0, <SEP> 001 <SEP>
<tb> Nb <SEP> < 0, <SEP> 01 <SEP>
<tb>
Aus diesem Anatas-Einsatzprodukt wurde ein birnenförmiger Rutil-Einkristall gemäss dem Verfahren der USA-Patentschrift Nr. 2, 792, 287 hergestellt, wonach das Anatasprodukt durcheineSauerstoff-Wasser-
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stoffflamme geleitet wurde, schmolz und auf einer Unterlage einen birnenförmigen Rutil-Einkristall bildete.
Das erfindungsgemäss erhältliche Anatas-Einsatzprodukt schmilzt schneller und kann gleichmässiger und einfacher eingeführt werden als das bisher verwendete Rutilmaterial.
Aus der Beschreibung und dem angeführten Beispiel geht klar hervor, dass nach dem wirtschaftlichen und einfachen erfindungsgemässen Verfahren ein weiches, frei fliessendes Titandioxyd-Einsatzprodukt mit Anatasstruktur hergestellt werden kann. Der erfindungsgemäss hergestellte Anatas ist sehr rein und weist als Einsatzprodukt zur Herstellung birnenförmiger Einkristallkörper gegenüber den bisher verwendeten Rutil- produkten Vorteile auf.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird nur durch die folgenden Ansprüche und nicht durch die erfolgte Beschreibung eingegrenzt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von feinverteiltem, praktisch reinem Titandioxyd mit Anatasstruktur, das als Einsatzprodukt für die Herstellung birnenförmiger Einkristalle geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass wässerige Lösungen von Titantetrachlorid, Oxalsäure und Ammoniumchlorid vorzugsweise in einem solchen Verhältnis vermischt werden, dass pro Mol Titantetrachlorid 0, 5-1 Mol Oxalsäure, und 0, 75-3, 0 Mole Ammoniumchlorid verwendet werden, um eine Fällung einer Ammoniumtitanchloridoxalat-Zusammensetzung zu erhalten, worauf die Fällung von der Lösung abgetrennt, gegebenenfalls gewaschen, getrocknet und zur Verflüchtigung von Ammonium, Chlorid und Oxalat auf 600-700 C erhitzt wird, wonach das in der Anatasform erhaltene Titandioxyd vermahlen und gegebenenfalls gesiebt wird.