CN107573059A - 水解法制备偏钛酸镁的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于偏钛酸镁制备技术领域,具体的涉及一种水解法制备偏钛酸镁的方法。硫酸钛溶液在碱性条件下水解生成偏钛酸溶液,再与镁离子反应得到偏钛酸镁。具体是将硫酸钛溶液与氯化镁溶液混合后加热到80‑90℃,加入氨水,继续升温至98‑100℃,搅拌30‑45min完成硫酸钛的水解,出现的白色沉淀即为偏钛酸镁,然后进行后处理。本发明所述的水解法制备偏钛酸镁,易于实施,生产成本低廉;不需要高温煅烧,降低了能源消耗,符合现有的技术和环保发展的理念;采用液相水解方式,缩短了分子扩散距离,减少扩散所需能量和提高了分子均匀性。
Description
技术领域
本发明属于偏钛酸镁制备技术领域,具体的涉及一种水解法制备偏钛酸镁的方法。
背景技术
偏钛酸镁是一种优秀的微波介质材料,具有高介电常数、稳定的电常数、热变参数和低介电损耗等特点。主要用于电子陶瓷、电容器等多种电子元器件的配制。随着电子工业的发展,偏钛酸镁的需求和要求越来越高。高纯化、超细化、粒度均匀化是未来偏钛酸镁材料发展的方向。偏钛酸镁陶瓷材料的制备方法主要有固相烧结法和混合球磨法等。这些制备方法制备的偏钛酸镁化学纯度不高、颗粒不够均一、制备的颗粒粒度偏大等弊端,不能够得到单一晶相的偏钛酸镁。无法实现现代材料行业需要的高纯、超细、粒度分布窄等特征要求的偏钛酸镁。现在大多数的制备偏钛酸镁的方法依然是采用固相法,但是固相法的制备方法时间长、耗能高,制备的颗粒大且硬度高,产品均匀性差,产品质量难以保障。很难满足高端电子陶瓷材料的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种水解法制备偏钛酸镁的方法,易于实施,成本低廉,控制反应过程中不出现正钛酸镁和二钛酸镁的生成,制备的偏钛酸镁保持理想的锐钛矿型结构,以制备优异的介电陶瓷用偏钛酸镁材料。
本发明所述的水解法制备偏钛酸镁是硫酸钛溶液在碱性条件下水解生成偏钛酸溶液,再与镁离子反应得到偏钛酸镁。
硫酸钛质量以二氧化钛计,镁离子质量以氧化镁计,二氧化钛与氧化镁的质量比为1:1~1.3。
碱性条件下的pH值为8~9。
硫酸钛溶液加热到80~90℃,加入氨水后继续升温至98~100℃,完成硫酸钛的水解。
硫酸钛溶液的制备:硫酸钛溶解到去离子水中,加入1:1.0~1.5的硫酸,待硫酸钛完全溶解后,搅拌3~5min即可;镁离子溶液为氯化镁溶液,制备方法是将氧化镁用1:1.0~1.2的盐酸完全溶解制备。
水解法制备偏钛酸镁具体步骤是:将硫酸钛溶液与氯化镁溶液混合后加热到80~90℃,加入氨水,继续升温至98~100℃,搅拌30~45min完成硫酸钛的水解,出现的白色沉淀即为偏钛酸镁,然后进行后处理。
偏钛酸溶液与镁离子反应得到偏钛酸镁后进行后处理,后处理步骤具体包括水洗、烘干、煅烧、研磨和分级。
水洗是将水解后的偏钛酸镁进行压榨并用离子水洗涤,洗涤15~30min后,将压榨滤饼进行再次打浆,料浆浓度控制在300~450g/L,搅拌25-30min后再次进行压榨洗涤。
烘干和煅烧是将压榨水份后的物料进行烘干和煅烧,烘干温度控制在300~400℃,时间3~5小时,煅烧温度600~800℃,煅烧6~8小时后降温至室温。
研磨和分级是将煅烧后物料粗破至1~5mm后进行破碎,然后过200~320目筛进行筛分,收集通过的物料即为合格偏钛酸镁产品。
作为一个优选的技术方案,本发明所述的水解法制备偏钛酸镁的方法如下:
(1)硫酸钛的制备、氧化镁的制备及其硫酸钛的水解:
将1000g的硫酸钛溶解到5L的离子水中,为了加速溶解,在配置的过程中缓缓滴加1:1的硫酸,待硫酸钛全部溶解后,搅拌3~5min,放入水解罐中;
称取氧化镁的质量数按照如下公式计算:TiO2:MgO=1:1~1.3进行计量,即硫酸钛溶液中折算成二氧化钛的质量与氧化镁的质量比为1:1~1.3。将称量好的氧化镁放入罐中,将1:1的盐酸1L加罐中,采用15~30转/min的搅拌速度搅拌至氧化镁完全溶解后,将其放入到水解罐中;
开启搅拌,转速为50~60转/min,采用蒸汽将水解罐内的溶液加热到80~90℃后,缓缓加入800~1000mL氨水后,用蒸汽继续升温到98~100℃后,将转速调整到10~15转/min,慢慢搅拌30min。完成硫酸钛的水解,出现的白色沉淀即为偏钛酸镁。
(2)水洗:
将得到的偏钛酸镁,经过板框进行压榨,然后采用离子水进行洗涤,离子水用量为2~4L,洗涤15~30min后,将压榨滤饼放入打浆罐进行再次打浆,要求转速控制在30~45转/min,料浆浓度控制在300~450g/L的范围内,再次进行搅拌30min后,进行板框压榨洗涤,采用离子水洗涤15min后,离子水用量为1~2L,将压榨水份后的物料进入下一工序干燥。
(3)烘干和煅烧:
将前一工序物料放入不锈钢托盘中,放到电炉中,要求电炉的温度控制在300~400℃的范围内,烘干3~5小时后,脱除水份后的物料放入刚玉匣钵内,在氧气气氛下进行煅烧,温度控制在600~800℃下,进行煅烧6~8小时后,缓缓降温,温度到达室温后,进入研磨工序。
(4)研磨和分级:
将物料从刚玉匣钵中取出后,进行粗破至1~5mm左右的颗粒为止,采用玛瑙研钵进行。将粗破的物料放入破碎机进行破碎,破碎机采用转子磨,转速要求在20000-25000转/min,破碎5min后,放入320目的振动筛进行筛分,通过的物料收集即为合格产品。未通过的收集后放入转子磨重新研磨至全部通过为止。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)水解法制备偏钛酸镁易于实施,生产成本低廉;
(2)突破了现有合成方法均需要高温煅烧的模式,现有的方法均需要大于1000℃以上,而且时间长,本发明只需要在600~800℃下煅烧6~8小时即可,降低了能源消耗,符合现有的技术和环保发展理念;
(3)采用液相水解方式,缩短了分子扩散距离,减少了扩散所需能量和提高了分子均匀性。
附图说明
图1是偏钛酸镁制备工艺流程图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
(1)硫酸钛的制备、氧化镁的制备及其硫酸钛的水解:
将1000g的硫酸钛溶解到5L的离子水中,在配置的过程中缓缓滴加1:1的硫酸,待硫酸钛全部溶解后,搅拌3min后,放入水解罐中;
按照TiO2:MgO=1:1的质量数称取氧化镁,将称量好的氧化镁放入罐中,将1:1的盐酸1L加罐中,采用15转/min的搅拌速度搅拌至氧化镁完全溶解后,将其放入到水解罐中;
开启水解罐搅拌,转速为50转/min,采用蒸汽将水解罐内的溶液加热到80℃后,缓缓加入800mL的氨水后,用蒸汽继续升温到98℃后,将转速调整到10转/min,慢慢搅拌45min。完成硫酸钛的水解,出现的白色沉淀即为偏钛酸镁。
(2)水洗:
将得到的偏钛酸镁,经过板框进行压榨,然后采用离子水进行洗涤,离子水用量为2L,洗涤15min后,将压榨滤饼放入打浆罐进行再次打浆,要求转速控制在30转/min,料浆浓度控制在300g/L的范围内,再次进行搅拌30min后,进行板框压榨洗涤,采用离子水洗涤15min,离子水用量为1L,将压榨水份后的物料进入下一工序干燥。
(3)烘干和煅烧:
将压榨水份后的物料放入不锈钢托盘中,放到电炉中,将物料要求电炉的温度控制在300℃,烘干3小时后,脱除水份后的物料放入刚玉匣钵内,在氧气气氛下进行煅烧,温度控制在600℃下,进行煅烧6小时后,缓缓降温,温度到达室温。
(4)研磨和分级:
将物料从刚玉匣钵中取出进行粗破至1mm左右的颗粒为止,采用玛瑙研钵进行。将粗破的物料放入破碎机进行破碎,破碎机采用转子磨,转速要求在20000转/min,破碎5min后,放入320目的振动筛进行筛分,通过的物料收集即为合格产品,未通过的收集后放入转子磨重新研磨至全部通过为止。
对制备的偏钛酸镁进行测试,理化性质见表1。
实施例2
(1)硫酸钛的制备、氧化镁的制备及其硫酸钛的水解:
将1000g的硫酸钛溶解到5L的离子水中,在配置的过程中缓缓滴加1:1.2的硫酸,待硫酸钛全部溶解后,搅拌4min后,放入水解罐中;
按照TiO2:MgO=1:1.2的质量数称取氧化镁。将称量好的氧化镁放入罐中,将1:1.1的盐酸1L加罐中,采用20转/min的搅拌速度搅拌至氧化镁完全溶解后,将其放入到水解罐中;
开启水解罐搅拌,转速为60转/min,采用蒸汽将水解罐内的溶液加热到90℃后,缓缓加入1000mL的氨水后,用蒸汽继续升温到100℃后,将转速调整到15转/min,慢慢搅拌30min。完成硫酸钛的水解,出现的白色沉淀即为偏钛酸镁。
(2)水洗:
将水解得到的偏钛酸镁,经过板框进行压榨,然后采用离子水进行洗涤,离子水用量为4L,洗涤30min后,将压榨滤饼放入打浆罐进行再次打浆,要求转速控制在45转/min,料浆浓度控制在450g/L的范围内,再次进行搅拌35min后,进行板框压榨洗涤,采用离子水洗涤15min,离子水用量为2L。
(3)烘干和煅烧:
将压榨水份后的物料放入不锈钢托盘中,放到电炉中,将物料要求电炉的温度控制在400℃,烘干5小时后,脱除水份后的物料放入刚玉匣钵内,在氧气气氛下进行煅烧,温度控制在800℃下,进行煅烧8小时后,缓缓降温,温度到达室温。
(4)研磨和分级:
将物料从刚玉匣钵中取出进行粗破至5mm左右的颗粒为止,采用玛瑙研钵进行。将粗破的物料放入破碎机进行破碎,破碎机采用转子磨,转速要求在25000转/min,破碎5min后,放入320目的振动筛进行筛分,通过的物料收集即为合格产品,未通过的收集后放入转子磨重新研磨至全部通过为止。
对制备的偏钛酸镁进行测试,理化性质见表1。
实施例3
(1)硫酸钛的制备、氧化镁的制备及其硫酸钛的水解:
将1000g的硫酸钛溶解到5L的离子水中,在配置的过程中缓缓滴加1:1.3的硫酸,待硫酸钛全部溶解后,搅拌5min后,放入水解罐中;
按照TiO2:MgO=1.3的质量数称取氧化镁。将称量好的氧化镁放入罐中,将1:1.1的盐酸1L加罐中,采用30转/min的搅拌速度搅拌至氧化镁完全溶解后,将其放入到水解罐中;
开启水解罐搅拌,转速为55转/min,采用蒸汽将水解罐内的溶液加热到85℃后,缓缓加入900mL的氨水后,用蒸汽继续升温到99℃后,将转速调整到13转/min,慢慢搅拌35min。完成硫酸钛的水解,出现的白色沉淀即为偏钛酸镁。
(2)水洗:
将水解后的偏钛酸镁,经过板框进行压榨,然后采用离子水进行洗涤,离子水用量为3L,洗涤20min后,将压榨滤饼放入打浆罐进行再次打浆,要求转速控制在40转/min,料浆浓度控制在400g/L的范围内,再次进行搅拌33min后,进行板框压榨洗涤,采用离子水洗涤15min,离子水用量为1.5L。
(3)烘干和煅烧:
将压榨水份后的物料放入不锈钢托盘中,放到电炉中,将物料要求电炉的温度控制在350℃的范围内,烘干4小时后,脱除水份后的物料放入刚玉匣钵内,在氧气气氛下进行煅烧,温度控制在700℃下,进行煅烧7小时后,缓缓降温,温度到达室温。
(4)研磨和分级:
将物料从刚玉匣钵中取出后,进行粗破至3mm左右的颗粒为止,采用玛瑙研钵进行。将粗破的物料放入破碎机进行破碎,破碎机采用转子磨,转速要求在22500转/min,破碎5min后,放入320目的振动筛进行筛分,通过的物料收集即为合格产品,未通过的收集后放入转子磨重新研磨至全部通过为止。
对制备的偏钛酸镁进行测试,理化性质见表1。
实施例4
(1)硫酸钛的制备、氧化镁的制备及其硫酸钛的水解:
将1000g的硫酸钛溶解到5L的离子水中,在配置的过程中缓缓滴加1:1.5的硫酸,待硫酸钛全部溶解后,搅拌5min后,放入水解罐中;
按照TiO2:MgO=1:1的质量数称取氧化镁。将称量好的氧化镁放入罐中,将1:1.2的盐酸1L加罐中,采用30转/min的搅拌速度搅拌至氧化镁完全溶解后,将其放入到水解罐中;
开启水解罐搅拌,转速为50转/min,采用蒸汽将水解罐内的溶液加热到90℃后,缓缓加入1000mL的氨水后,用蒸汽继续升温到98℃后,将转速调整到10转/min,慢慢搅拌40min。完成硫酸钛的水解,出现的白色沉淀即为偏钛酸镁。
(2)水洗:
将水解后的偏钛酸镁,经过板框进行压榨,然后采用离子水进行洗涤,离子水用量为2L,洗涤15min后,将压榨滤饼放入打浆罐进行再次打浆,要求转速控制在30转/min,料浆浓度控制在450g/L的范围内,再次进行搅拌30min后,进行板框压榨洗涤,采用离子水洗涤15min,离子水用量为2L。
(3)烘干和煅烧:
将压榨水份后的物料放入不锈钢托盘中,放到电炉中,将物料要求电炉的温度控制在400℃的范围内,烘干5小时后,脱除水份后的物料放入刚玉匣钵内,在氧气气氛下进行煅烧,温度控制在800℃下,进行煅烧6小时后,缓缓降温,温度到达室温。
(4)研磨和分级:
将物料从刚玉匣钵中取出后,进行粗破至5mm左右的颗粒为止,采用玛瑙研钵进行。将粗破的物料放入破碎机进行破碎,破碎机采用转子磨,转速要求在20000转/min,破碎5min后,放入320目的振动筛进行筛分,通过的物料收集即为合格产品,未通过的收集后放入转子磨重新研磨至全部通过为止。
对制备的偏钛酸镁进行测试,理化性质见表1。
表1偏钛酸镁理化性质表
Claims (10)
1.一种水解法制备偏钛酸镁的方法,其特征在于:硫酸钛溶液在碱性条件下水解生成偏钛酸溶液,再与镁离子反应得到偏钛酸镁。
2.根据权利要求1所述的水解法制备偏钛酸镁的方法,其特征在于:硫酸钛质量以二氧化钛计,镁离子质量以氧化镁计,二氧化钛与氧化镁的质量比为1:1~1.3。
3.根据权利要求1所述的水解法制备偏钛酸镁的方法,其特征在于:碱性条件下溶液的pH值为8~9。
4.根据权利要求1所述的水解法制备偏钛酸镁的方法,其特征在于:硫酸钛溶液加热到80~90℃,加入氨水后继续升温至98~100℃,完成硫酸钛的水解。
5.根据权利要求1所述的水解法制备偏钛酸镁的方法,其特征在于:硫酸钛溶液的制备:硫酸钛溶解到去离子水中,加入1:1.0~1.5的硫酸,待硫酸钛完全溶解后,搅拌3~5min即可;镁离子溶液为氯化镁溶液,制备方法是将氧化镁用1:1.0~1.2的盐酸完全溶解制备。
6.根据权利要求1所述的水解法制备偏钛酸镁的方法,其特征在于:水解法制备偏钛酸镁具体步骤是:将硫酸钛溶液与氯化镁溶液混合后加热到80~90℃,加入氨水,继续升温至98~100℃,搅拌30~45min完成硫酸钛的水解,出现的白色沉淀即为偏钛酸镁,然后进行后处理。
7.根据权利要求1所述的水解法制备偏钛酸镁的方法,其特征在于:偏钛酸溶液与镁离子反应得到偏钛酸镁后进行后处理,后处理步骤具体包括水洗、烘干、煅烧、研磨和分级。
8.根据权利要求7所述的水解法制备偏钛酸镁的方法,其特征在于:水洗是将水解后的偏钛酸镁进行压榨并用离子水洗涤,洗涤15~30min后,将压榨滤饼进行再次打浆,料浆浓度控制在300~450g/L,搅拌25-30min后再次进行压榨洗涤。
9.根据权利要求7所述的水解法制备偏钛酸镁的方法,其特征在于:烘干和煅烧是将压榨水份后的物料进行烘干和煅烧,烘干温度控制在300~400℃,时间3~5小时,煅烧温度600~800℃,煅烧6~8小时后降温至室温。
10.根据权利要求7所述的水解法制备偏钛酸镁的方法,其特征在于:研磨和分级是将煅烧后物料粗破至1~5mm后进行破碎,然后过200~320目筛进行筛分,收集通过的物料即为合格偏钛酸镁产品。
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