CN102409179A - 一种由含钛电炉熔分渣制备一维纳米结构二氧化钛的方法 - Google Patents

一种由含钛电炉熔分渣制备一维纳米结构二氧化钛的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种由含钛电炉熔分渣制备一维纳米结构二氧化钛的方法，属于金属氧化物材料制备领域。本发明使用来源广泛的含钛电炉熔分渣，依次包括如下步骤：将含钛电炉熔分渣粉碎后与氢氧化钠溶液搅拌均匀后，放入水热专用的特殊反应釜中，将其加热到指定温度，保温一定的时间。通过抽滤、干燥、超声、酸解、离心和煅烧操作，从电炉熔分渣中制备出一维纳米结构二氧化钛，有效地解决了含钛电炉熔分渣越积越多的问题，简化了提钛工艺，减少了能耗。用此法制备的一维纳米结构二氧化钛光催化效果显著,可以用于降解有机废水，实现了以废治废，为含钛电炉熔分渣的综合利用提供了一种新的工艺。

Description

一种由含钛电炉熔分渣制备一维纳米结构二氧化钛的方法
  
技术领域
本发明属于金属氧化物材料制备领域，特别涉及水热法从电炉熔分渣中制备一维纳米结构二氧化钛材料的方法。 
背景技术
我国攀西地区蕴藏着丰富的钒钛磁铁矿资源,保有储量在100亿吨以上。攀枝花目前对钒钛磁铁矿的利用主要采用高炉流程,此流程回收了矿中的铁和钒,钛则以二氧化钛形式进入高炉渣(TiO2质量分数在22%左右)，目前仅攀钢每年排放的含钛高炉渣就达到了300万吨以上。至今为止，人们对含钛高炉渣已经进行了广泛而深入的研究。(邓君，薛逊，刘功国，攀钢钒钛磁铁矿资源综合利用现状与发展[J]，材料与冶金学报，2007,6（2）：64-68；王海凤，张春霞，齐渊洪，高炉渣处理与热能回收的现状及发展方向[J]，中国冶金，2007，17（6）：53-58) 
除高炉冶炼流程外，直接还原工艺在综合处理攀枝花钒钛磁铁矿时有很大的技术优势，因此由此产生的含钛电炉熔分渣也越积越多。含钛铁矿石经直接还原（是指在低于熔化温度之下将铁矿石,还原成海绵铁的炼铁生产过程）后，再放入电弧炉进行熔分，原料中的Fe﹑V进入铁液中，Ti进入渣中形成高钛渣，渣中的Ti含量达到51％左右。由于电炉熔分渣的成分复杂，杂质多，且含钛矿相较多，至今不能充分利用，造成极大的资源浪费和环境污染。
含钛高炉渣的基础性研究已经比较成熟，但针对含钛电炉熔分渣的研究目前还较少。目前制备二氧化钛光催化剂的方法主要有纯物质制得，但利用含钛电炉熔分渣来制备光催化材料未见报道。利用纯物质来制备二氧化钛光催化材料成本很高，且含钛电炉熔分渣是一种有害的冶金废弃物，如不加以利用导致大量堆积将造成污染。 
发明内容
本发明提出在水热条件下，以氢氧化钠溶液处理电炉熔分渣，再经后续盐酸的酸化处理和煅烧，制备一维纳米结构二氧化钛，不仅可以简化工艺，而且节约了能耗。 
本发明在水热条件下以电炉熔分渣为原料制备一维纳米结构二氧化钛，依次包括如下步骤： 
（1）将含钛电炉熔分渣粉碎，磨细后与之前配制好的碱液浓度在9 mol·L-1以上的氢氧化钠溶液搅拌均匀后，放入水热专用的反应釜中；密封反应釜，将其加热到160℃～200℃，保温18～24h后，在反应釜温度低于水的沸点时，打开反应釜，将其中的溶液倾倒于干净的烧杯中。
（2）利用抽滤装置进行抽滤，对滤渣继续冲洗直到滤出的清液pH为8～10。抽滤后将渣放入干燥箱进行干燥。 
（3）超声以及酸解操作：称取滤渣做酸解实验，混匀方式采用超声的方式，向烧瓶中加入渣样，再倒入0.1～1 mol·L-1的HCL，盖上瓶塞，超声0.5～1h取出烧瓶；酸解操作是将混匀后的烧瓶置于电磁加热器中，回流4～8h。 
（4）酸解后离心操作：将烧瓶中所有物质转移进离心用塑料瓶。设置离心机，离心结束后，将装有白色残渣泥的塑料杯放入干燥箱。 
（5）煅烧操作：将干燥后的白渣转移到耐火材料坩埚中，在马弗炉中煅烧。煅烧结束，打开马弗炉炉门，使试样随炉空冷。 
步骤（1）所述的碱溶液浓度为12 mol·L-1，水热反应加热温度一般为160℃到200℃，水热反应时间控制在18h至24h。 
步骤（3）所述盐酸浓度为0.1～1 mol·L-1。滤渣与酸解液混匀的方法亦可采用磁力搅拌器进行电磁搅拌的方式替代超声的方式，也能达到相同的混匀效果。 
本发明制备的光催化材料的原料来源广泛，主要为含二氧化钛的电炉熔分渣，这是冶金工业的废弃物，如不利用不仅污染环境而且也浪费了宝贵的资源。本发明通过合理控制氢氧化钠溶液浓度、反应时间和温度，有效地以氢氧化钠溶液从电炉熔分渣中制备一维纳米结构二氧化钛，不仅可以简化工艺，而且节约了能耗，该方法易于操作，是利用电炉熔分渣的合理有效的途径。 
附图说明
图1采用水热法从电炉熔分渣中制备一维纳米结构二氧化钛的SEM照片。 
图2采用水热法从电炉熔分渣中制备一维纳米结构二氧化钛的XRD图。 
图3采用水热法从电炉熔分渣中制备一维纳米结构二氧化钛的EDS图谱。 
图4 为电炉熔分渣制备的一维纳米结构二氧化钛对甲基蓝的降解曲线图。 
具体实施方式
下面结合实例对本发明进行阐述，但并不因此将本发明限制在实例范围之内。 
（1）将攀钢含钛电炉熔分渣粉碎，磨细后取1g与之前配制好的氢氧化钠溶液（12mol·L-1）。搅拌均匀后，放入水热专用的反应釜中。密封反应釜，将其加热到200℃。保温18h后，直到反应结束，在反应釜温度低于水的沸点时，打开反应釜，将其中的溶液倾倒于干净的烧杯中。 
（2）利用抽滤装置进行抽滤，对滤渣继续冲洗直到滤出的清液呈弱碱性（pH=9左右）。抽滤后将渣放入干燥箱进行干燥。 
（3）超声以及酸解操作。称取滤渣做酸解实验。向烧瓶中加入渣样，再倒入100ml，0.6 mol·L-1 HCL，盖上瓶塞，超声一个小时后取出烧瓶，置于电磁加热器中。固定好铁架台，开始酸解回流操作（六个小时）。 
（4）酸解后离心操作：将烧瓶中所有物质转移进离心用塑料瓶。设置离心机(离心转数为3000r/min，离心15min)。离心结束后，将装有白色残渣泥的塑料杯放入干燥箱(干燥一小时)。 
（5）煅烧操作：将干燥后的白渣转移到耐火材料坩埚中，在马弗炉中在450℃下煅烧一个小时。煅烧结束，打开马弗炉炉门，使试样随炉空冷。 
实施例2：
（1）将攀钢高钛电炉熔分渣粉碎，磨细后取1g与之前配制好的氢氧化钠溶液（12mol·L-1）。搅拌均匀后，放入水热专用的反应釜中。密封反应釜，将其加热到180℃。保温24h后，直到反应结束，在反应釜温度低于水的沸点时，打开反应釜，将其中的溶液倾倒于干净的烧杯中。
（2）利用抽滤装置进行抽滤，对滤渣继续冲洗直到滤出的清液呈弱碱性（pH=9左右）。抽滤后将渣放入干燥箱进行干燥。 
（3）超声以及酸解操作。称取滤渣做酸解实验。向烧瓶中加入渣样，再倒入100ml，1 mol·L-1 HCL，盖上瓶塞,超声一个小时后取出烧瓶，置于电磁加热器中。固定好铁架台，开始酸解回流操作（六个小时）。 
（4）酸解后离心操作：将烧瓶中所有物质转移进离心用塑料瓶。设置离心机(离心转数为3000r/min，离心15min)。离心结束后，将装有白色残渣泥的塑料杯放入干燥箱(干燥一小时)。 
（5）煅烧操作：将干燥后的白渣转移到耐火材料坩埚中，在马弗炉中在450℃下煅烧一个小时。煅烧结束，打开马弗炉炉门，使试样随炉空冷。 
实施例3：
（1）将含钛电炉熔分渣粉碎，磨细后取1g与之前配制好的氢氧化钠溶液（12mol·L-1）。搅拌均匀后，放入水热专用的反应釜中。密封反应釜，将其加热到160℃。保温24h后，直到反应结束，在反应釜温度低于水的沸点时，打开反应釜，将其中的溶液倾倒于干净的烧杯中。
（2）利用抽滤装置进行抽滤，对滤渣继续冲洗直到滤出的清液呈弱碱性（pH=9左右）。抽滤后将渣放入干燥箱进行干燥。 
（3）超声以及酸解操作。称取滤渣做酸解实验。向烧瓶中加入渣样，再倒入100ml，0.6 mol·L-1 HCL，盖上瓶塞,超声一个小时后取出烧瓶，置于电磁加热器中。固定好铁架台，开始酸解回流操作（六个小时）。 
（4）酸解后离心操作：将烧瓶中所有物质转移进离心用塑料瓶。设置离心机(离心转数为3000r/min，离心15min)。离心结束后，将装有白色残渣泥的塑料杯放入干燥箱(干燥一小时)。 
（5）煅烧操作：将干燥后的白渣转移到耐火材料坩埚中，在马弗炉中在450℃下煅烧一个小时。煅烧结束，打开马弗炉炉门，使试样随炉空冷。 
具体实验结果
1、实验后所得样品为一维纳米结构二氧化钛，纯度很高（99%以上, 试样铺在导电胶上，故有一定含量的碳）。
2、随水热反应时间的延长，氢氧化钠浓度和水热温度的提高，一维纳米结构更加整齐，均匀，并且形貌更加完整。 
采用扫描电镜（SEM）表征其形貌和分布，X射线衍射仪确定晶型。 
检测结果表明，从电炉熔分渣中制备得到的一维纳米结构二氧化钛产物为很好的光催化材料（在氙灯光照时间为90min时,甲基蓝降解率可达81.1%），实现了以废治废。 
表1为采用水热法从电炉熔分渣中制备一维纳米结构二氧化钛的EDS数值。 
表1 
Figure DEST_PATH_GDA0000131030290000051

Claims (2)

1.一种由含钛电炉熔分渣制备一维纳米结构二氧化钛的方法，其特征在于所用原料为：含钛电炉熔分渣；所制备的材料为一维纳米结构的二氧化钛；其工艺步骤为：
（1）将含钛电炉熔分渣粉碎，磨细后与之前配制好的碱液浓度在9 mol·L-1以上的氢氧化钠溶液搅拌均匀后，放入水热专用的反应釜中；密封反应釜，将其加热到160℃～200℃，保温18～24h后，在反应釜温度低于水的沸点时，打开反应釜，将其中的溶液和沉淀倾倒于干净的烧杯中；
（2）利用抽滤装置进行抽滤，对滤渣继续冲洗直到滤出的清液pH为8～10，抽滤后将渣放入干燥箱进行干燥；
（3）超声以及酸解操作：称取滤渣做酸解实验，混匀方式采用超声的方式，向烧瓶中加入渣样，再倒入0.1～1 mol·L-1的HCL，盖上瓶塞，超声0.5～1h取出烧瓶；酸解操作是将混匀后的烧瓶置于电磁加热器中，回流4～8h；
（4）酸解后离心操作：将烧瓶中所有物质转移进离心用塑料瓶，设置离心机离心转数为1500～3000r/min，离心5～15min；离心结束后，将装有白色残渣泥的塑料杯放入干燥箱干燥0.5h～1h；
（5）煅烧操作：将干燥后的白渣转移到耐火材料坩埚中，在马弗炉中在300℃～600℃下煅烧0.5～2h；煅烧结束，打开马弗炉炉门，使试样随炉空冷，得到一维纳米结构的二氧化钛。
2.按照权利要求1所述的由含钛电炉熔分渣制备一维纳米结构二氧化钛的方法，其特征是步骤（3）中滤渣与酸解液混匀方法是采用磁力搅拌器替代超声的方式进行电磁搅拌，达到相同的混匀效果。
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