CN109972205A - 一种引发剂法合成偏钛酸钾片晶的方法 - Google Patents

一种引发剂法合成偏钛酸钾片晶的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种引发剂法合成偏钛酸钾片晶的方法，属于无机盐陶瓷材料制造技术领域。技术方案是：利用引发剂中的氧化镁或氧化锂成分首先与熔融的氧化钾及固相二氧化钛所形成的固溶体在较低温度下发生化学反应，生成少量片状的钛酸钾镁或钛酸锂钾，从而引发钛酸钾固熔体沿着片状钛酸钾镁或钛酸锂钾的片状方向进行晶体生长，继而合成出片状的偏钛酸钾晶体。本发明合成出来的片状偏钛酸钾，不粘附陶瓷坩埚，且偏钛酸钾片晶产品均匀性优良，吸潮性能明显低于不加引发剂合成的偏钛酸钾，且引发剂的量小，不影响到偏钛酸钾的正常使用。合成过程极为简单，能耗小，成本低，生产周期短，实现了零污染，收率大。

Description

一种引发剂法合成偏钛酸钾片晶的方法
技术领域
本发明涉及一种引发剂法合成偏钛酸钾片晶的方法，属于无机盐陶瓷材料制造技术领域。
背景技术
一般情况下偏钛酸钾均以粉末状或针状的微观形貌出现，鲜有片状微观形貌的，在摩擦材料领域，片状偏钛酸钾的性能明显优于粉末状或针状偏钛酸钾，同时，片状偏钛酸钾还可以成为合成鳞片状六钛酸钾的中间体，有着更大的应用空间。
偏钛酸钾存在一个致命的弱点：就是吸潮严重，尤其湿度较大的地区，非常不利于工业生产以及加工和应用，因为在加工过程中或使用过程中均会出现较大幅度的吸潮，从而严重限制了偏钛酸钾的应用领域。因此，如何减小偏钛酸钾的吸潮是技术人员要解决的一个重要难题。
由于原料中的碳酸钾含量过大，超过了50%，在合成过程中，高温状态下特别容易形成熔融状态，这种熔融状态会严重侵蚀陶瓷容器，一般情况下是降低合成温度，但温度过低，结晶度差，影响产品的质量。因此，如何控制烧结体不变成熔融状态，而又不能影响到偏钛酸钾的晶体的生长，是合成片状偏钛酸钾的一个重要因素。
如何获得形状规则、均匀性良好、过程简单、成本低廉、吸潮较小的偏钛酸钾片晶，是本发明亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明目的是提供一种引发剂法合成偏钛酸钾片晶的方法，选用烧结法，过程简单，能耗小，成本较低，生产周期短，且无任何环境污染，收率大，合成的产品具有良好的外观尺寸，均匀性良好，吸潮显著降低，解决了背景技术存在的上述问题。
本发明技术方案是：
一种引发剂法合成偏钛酸钾片晶的方法，包含如下步骤：
第一步，混料；将含钛原料、含钾原料和引发剂在水溶液中进行湿法混料；同时加入水溶性乳化剂，搅拌，混合均匀，得到混合均匀的浆料；
第二步，干燥；上述浆料进入滚筒刮板干燥机，干燥，得到混合均匀的片状原料混合物；
第三步，煅烧；片状原料在高温炉中，以0.5～1℃/分钟的升温速率，升温至600～800℃，停留3～6小时，自然冷却；
第四步，破碎和分级；在冲击磨中破碎分级，即得到成品。
本发明具体步骤如下：
①将含钛原料、含钾原料按照K2O∶TiO2=（0.9～1.1）∶1摩尔比的比例称量，将引发剂按TiO2量的（0.3～0.8）wt.%称量，将水溶性乳化剂按TiO2量的1wt.%比例称量；
②将上述原料倒入水溶液中进行机械搅拌，湿法混料，得到混合均匀的浆料；在220-230℃的温度下，将混合均匀的浆料进入滚筒刮板干燥机进行干燥，得到混合均匀的片状原料混合物；
③将上述片状原料置于陶瓷坩埚中，在高温炉中，以0.5～1℃/分钟的升温速率，升温至600～800℃，停留2～6小时，自然冷却至室温，成为团聚的孔隙率较大白色块状烧结体；
④将上述团聚的白色块状烧结体进入破碎机中进行破碎，分级，成为白色粉状物，即为成品。
所述含钛原料，是指钛白粉、工业偏钛酸、锐钛矿、钛铁矿、钛精粉、板钛矿、金红石或高钛渣的一种或两种以上的混合物。
所述含钾原料，是指无水碳酸钾、无水碳酸氢钾或氢氧化钾的一种或两种以上的混合物。
所述引发剂是指镁系（氢氧化镁、碳酸镁、碱式碳酸镁等）或锂系（碳酸锂、氢氧化锂等）或二者混合的一种或两种以上的混合物，计量时换算成氧化镁或氧化锂进行计量。引发剂要求粒度越细越好，较好的粒径是D50为1～3µm，D97为≯20µm。
所述水溶性乳化剂，是指水溶性的烷基酚聚氧乙烯醚，如OP-10等。
本发明的有益效果：本发明中添加的少量引发剂，主要是利用引发剂中的氧化镁或氧化锂成分首先与熔融的氧化钾及固相二氧化钛所形成的固溶体在较低温度下发生化学反应，生成少量片状的钛酸钾镁或钛酸锂钾，从而引发钛酸钾固熔体沿着片状钛酸钾镁或钛酸锂钾的片状方向生长，继而合成出片状的偏钛酸钾晶体。本发明合成出来的片状偏钛酸钾，不粘附陶瓷坩埚，烧结体硬度低，易于实现自动化操作，且偏钛酸钾片晶产品均匀性优良，吸潮性能明显低于不加引发剂合成的偏钛酸钾，且引发剂的量小，也不影响到偏钛酸钾的正常使用，合成过程极为简单，能耗小，成本低，生产周期短，实现了零污染，收率大于99%，堆积密度0.60～0.70g/cm3,含水率＜1wt.%。
附图说明
图1为本发明实施例成品的SEM图（10.0µm）；
图2为本发明实施例成品的SEM图（10.0µm）；
图3为本发明实施例成品合成的鳞片状六钛酸钾的SEM图（5.0µm）。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明做进一步说明。
一种引发剂法合成偏钛酸钾片晶的方法，包含如下具体步骤：
①将含钛原料、含钾原料按照K2O∶TiO2=（0.9～1.1）∶1摩尔比的比例称量，将引发剂按TiO2量的（0.3～0.8）wt.%称量，将水溶性乳化剂按TiO2量的1wt.%比例称量；
②将上述原料倒入水溶液中进行机械搅拌，湿法混料，得到混合均匀的浆料；在220-230℃的温度下，将混合均匀的浆料进入滚筒刮板干燥机进行干燥，得到混合均匀的片状原料混合物；
③将上述片状原料置于陶瓷坩埚中，在高温炉中，以0.5～1℃/分钟的升温速率，升温至600～800℃，停留2～6小时，自然冷却至室温，成为团聚的孔隙率较大白色块状烧结体；
④将上述团聚的白色块状烧结体进入破碎机中进行破碎，分级，成为白色粉状物，即为成品。其形貌见图1和图2，由此成品合成的鳞片状六钛酸钾见图3。
实施例一：
(1) 将含钾原料、含钛原料和含镁原料按照K2O∶TiO2=1.1∶1摩尔比的比例称量，将引发剂氢氧化镁（D50为1～3µm）换算成氧化镁按TiO2量的0.8wt.%称量，将水溶性乳化剂OP-10按TiO2量的1%比例称量；
(2) 将上述原料倒入水溶液中进行机械搅拌，湿法混料，得到混合均匀的浆料，选择温度为220℃，将混合均匀的浆料进入滚筒刮板干燥机进行干燥，得到混合均匀的片状原料；
(3) 将上述混合均匀的片状原料置于陶瓷坩埚里，在高温炉中，以0.5℃/分钟的升温速率，升温至650℃，停留6小时，自然冷却至室温，成为团聚的孔隙率较大白色块状体；此白色块状体与陶瓷坩埚无粘附，孔隙率大，硬度小；
⑷将上述团聚的白色块状体进入超微冲击磨中进行破碎，分级，成为白色粉状物，即为成品，其微观结构见图1。
实施例二：
(1) 将含钾原料、含钛原料和含镁原料按照K2O∶TiO2=0.9∶1摩尔比的比例称量，将引发剂氢氧化锂（D50为1～3µm）换算成氧化锂按TiO2量的0.7wt.%称量，将水溶性乳化剂OP-10按TiO2量的1%比例称量；
(2) 将上述原料倒入水溶液中进行机械搅拌，湿法混料，得到混合均匀的浆料，选择温度为230℃，将混合均匀的浆料进入滚筒刮板干燥机进行干燥，得到混合均匀的片状原料；
(3) 将上述混合均匀的片状原料置于陶瓷坩埚里，在高温炉中，以0.8℃/分钟的升温速率，升温至700℃，停留4小时，自然冷却至室温，成为团聚的孔隙率较大白色块状体；此白色块状体与陶瓷坩埚无粘附，孔隙率大，硬度小；
⑷将上述团聚的白色块状体进入超微冲击磨中进行破碎，分级，成为白色粉状物，即为成品，其微观结构见图2。
实施例三：
(1) 将含钾原料、含钛原料和含镁原料按照K2O∶TiO2=1∶1摩尔比的比例称量，将引发剂氢氧化镁（D50为1～3µm）换算成氧化镁按TiO2量的0.4wt.%称量，将引发剂氢氧化锂（D50为1～3µm）换算成氧化锂按TiO2量的0.4wt.%称量，将水溶性乳化剂OP-10按TiO2量的1%比例称量；
(2) 将上述原料倒入水溶液中进行机械搅拌，湿法混料，得到混合均匀的浆料，选择温度为230℃，将混合均匀的浆料进入滚筒刮板干燥机进行干燥，得到混合均匀的片状原料；
(3) 将上述混合均匀的片状原料置于陶瓷坩埚里，在高温炉中，以1℃/分钟的升温速率，升温至750℃，停留2小时，自然冷却至室温，成为团聚的孔隙率较大白色块状体；此白色块状体与陶瓷坩埚无粘附，孔隙率大，硬度小；
⑷将上述团聚的白色块状体进入超微冲击磨中进行破碎，分级，成为白色粉状物，即为成品。
实施例四：
(1) 将含钾原料、含钛原料和含镁原料按照K2O∶TiO2=1∶1摩尔比的比例称量，将引发剂碳酸锂（D50为1～3µm）换算成氧化锂按TiO2量的0.4wt.%称量，将引发剂氢氧化镁（D50为1～3µm）换算成氧化镁按TiO2量的0.2wt.%称量，将引发剂碳酸镁（D50为1～3µm）换算成氧化镁按TiO2量的0.2wt.%称量，将水溶性乳化剂OP-10按TiO2量的1%比例称量；
(2) 将上述原料倒入水溶液中进行机械搅拌，湿法混料，得到混合均匀的浆料，选择温度为230℃，将混合均匀的浆料进入滚筒刮板干燥机进行干燥，得到混合均匀的片状原料；
(3) 将上述混合均匀的片状原料置于陶瓷坩埚里，在高温炉中，以1℃/分钟的升温速率，升温至750℃，停留2小时，自然冷却至室温，成为团聚的孔隙率较大白色块状体；此白色块状体与陶瓷坩埚无粘附，孔隙率大，硬度小；
（4）将上述团聚的白色块状体进入超微冲击磨中进行破碎，分级，成为白色粉状物，即为成品。

Claims (6)

1.一种引发剂法合成偏钛酸钾片晶的方法，其特征在于包含如下步骤：
第一步，混料；将含钛原料、含钾原料和引发剂在水溶液中进行湿法混料；同时加入水溶性乳化剂，搅拌，混合均匀，得到混合均匀的浆料；
第二步，干燥；上述浆料进入滚筒刮板干燥机，干燥，得到混合均匀的片状原料混合物；
第三步，煅烧；片状原料在高温炉中，以0.5～1℃/分钟的升温速率，升温至600～800℃，停留3～6小时，自然冷却；
第四步，破碎和分级；在冲击磨中破碎分级，即得到成品。
2.根据权利要求1所述的一种引发剂法合成偏钛酸钾片晶的方法，其特征在于具体步骤如下：
①将含钛原料、含钾原料按照K2O∶TiO2=（0.9～1.1）∶1摩尔比的比例称量，将引发剂按TiO2量的（0.3～0.8）wt.%称量，将水溶性乳化剂按TiO2量的1%比例称量；
②将上述原料倒入水溶液中进行机械搅拌，湿法混料，得到混合均匀的浆料；在220-230℃的温度下，将混合均匀的浆料进入滚筒刮板干燥机进行干燥，得到混合均匀的片状原料混合物；
③将上述片状原料置于陶瓷坩埚中，在高温炉中，以0.5～1℃/分钟的升温速率，升温至600～800℃，停留2～6小时，自然冷却至室温，成为团聚的白色块状烧结体；
④将上述团聚的白色块状烧结体进入破碎机中进行破碎，分级，成为白色粉状物，即为成品。
3.根据权利要求1或2所述的一种引发剂法合成偏钛酸钾片晶的方法，其特征在于：所述含钛原料，是指钛白粉、偏钛酸、锐钛矿、钛铁矿、钛精粉、板钛矿、金红石或高钛渣的一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1或2所述的一种引发剂法合成偏钛酸钾片晶的方法，其特征在于：所述含钾原料，是指无水碳酸钾、无水碳酸氢钾或氢氧化钾的一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求1或2所述的一种引发剂法合成偏钛酸钾片晶的方法，其特征在于：所述引发剂是指镁系或锂系或二者混合的一种或两种以上的混合物，计量时换算成氧化镁或氧化锂进行计量；引发剂要求粒径是D50为1～3µm，D97为≯20µm。
6.根据权利要求1或2所述的一种引发剂法合成偏钛酸钾片晶的方法，其特征在于：所述水溶性乳化剂，是指水溶性的烷基酚聚氧乙烯醚。
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