CN110902716A

CN110902716A - 一种高比表积偏钛酸的制备方法

Info

Publication number: CN110902716A
Application number: CN201911363478.XA
Authority: CN
Inventors: 顾勇; 高岭; 王唯诚; 杜茂平; 周华; 魏刚
Original assignee: NANJING TITANIUM DIOXIDE CHEMICAL CO Ltd
Current assignee: NANJING TITANIUM DIOXIDE CHEMICAL CO Ltd
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2020-03-24

Abstract

本发明提供了一种高比表积偏钛酸的制备方法，包括以下步骤：第一步：准备浓钛液；第二步：制备水解晶种；第三步：浓钛液预热后放料至水解罐内；第四步：将晶种放料到浓钛液中；第五步：搅拌，用蒸汽进行加热，至溶液开始沸腾；第六步：然后调小蒸汽阀门继续加热，当罐内物料的颜色由灰色逐渐变为浅乳白色时，停蒸汽；第七步：再次蒸汽对物料加热，至物料再次沸腾；第八步：调节蒸汽阀门保持呈一定的微沸腾状态，保持水解过程中压力，2.5‑.3.5小时后水解过程结束，制得偏钛酸。本发明通过控制浓钛液的铁钛比、碱钛比、钛液浓度、中和温度、中和时间，以及水解压力，水解晶种加量，使水解生成的偏钛酸的比表面积大，进而能够得到的高比表面积钛白粉。

Description

一种高比表积偏钛酸的制备方法

技术领域

本发明属于钛白粉的生产技术领域，涉及一种高比表积偏钛酸的制备方法。

背景技术

钛白粉，主要成分是TiO2，化学性质稳定，在一般情况下与大部分物质不发生反应。在自然界中二氧化钛有三种结晶：板钛型、锐钛和金红石型，板钛型是不稳定的晶型，无工业利用价值，锐钛型(Anatase)简称A型，和金红石型(Rutile)简称R型，都具有稳定的晶格，是重要的白色颜料和瓷器釉料，与其他白色颜料比较有优越的白度、着色力、遮盖力、耐候性、耐热性和化学稳定性，特别是钛白粉没有毒性。

高比表面积钛白粉是催化剂、锂电池等领域的重要原材料，在脱硝催化剂、光催化、钛酸锂电池等行业具有广阔的应用前景。根据催化剂等应用领料的需求，高比表面积钛白粉要求比表面积一般大于300m2/g，最优数值在350m2/g以上，灼失量小于17%。专利CN104096552，公开了一种高于350平方米/g的脱硝钛白粉及其制备方法，通过在偏钛酸中加入碳酸氢铵和氨水的方法，获得高比表脱硝钛白粉成品；专利CN109603922，通过钛白粉、活化硅藻土、海泡石粉、氧化锆、仲钨酸铵等物质的不同比例混合，制备得到复合钛白粉的催化剂泥料，具有塑性高、保水性能好、挤出顺畅的特点，制备得到的催化剂比表面积比常规催化剂要高；专利CN105948116，将钛铁矿经酸解、水解后的中间产物偏钛酸经洗涤后，用氨水中和，保温后，水洗干燥，得到比表面积高达350~400m2/g的钛白粉。

目前，高比表钛白粉的生产，主要是利用颜料级钛白粉生产过程中，水解得到的偏钛酸（水合二氧化钛）为原料，通过加入氨水等中和剂、造孔剂，并经水洗、干燥、煅烧后得到成品，生产过程中需额外加入造孔剂等物质，工艺复杂，成本较高，且得到的成品比表面积，受煅烧温度的影响较大，具有一定的局限性，需要加以改进。

发明内容

1、所要解决的技术问题：

现有高比表钛白粉的生产，生产过程中需额外加入造孔剂等物质，工艺复杂，成本较高，且得到的成品比表面积，受煅烧温度的影响较大，具有一定的局限性。

2、技术方案：

为了解决以上问题，本发明提供了一种高比表积偏钛酸的制备方法，包括以下步骤：第一步：准备浓度为200~220g/l的浓钛液；第二步：将一部分所述浓钛液和碱钛比为0.2-0.25的液碱预热至80-100℃，用所述浓钛液中和该液碱，并对该溶胶体系进行保温和熟化，完成水解晶种的制备；第三步：取一部分第一步准备的浓钛液预热到80-100℃，然后放料至已启动搅拌的水解罐内；第四步：将第二步制备成的晶种放料到第三步中完成放料的浓钛液中；第五步：晶种放料结束后，搅拌15-25分钟，用蒸汽进行加热，至溶液开始沸腾；第六步：然后调小蒸汽阀门继续加热，当罐内物料的颜色由灰色逐渐变为浅乳白色时，停蒸汽25-35分钟；第七步：再次蒸汽对物料加热，至物料再次沸腾；第八步：调节蒸汽阀门保持体系呈一定的微沸腾状态，保持水解过程中压力为0.1-0.2Mpa，2.5-.3.5小时后水解过程结束，制得偏钛酸。

所述浓钛液的将F值为1.9~1.95、铁钛比为0.3~0.35。

在第二步中，中和时间为40-60分钟。

在第四步中，加入的晶种量以二氧化钛计为3.5-5.5%。

在第四步中，在所述第三步完成放料3-6分钟后，开始将晶种放料到第三步完成放料的浓钛液中。

在第五步中，所用的蒸汽的流量为6-7t/h。

在第七步中，所用的蒸汽的流量为2-3t/h。

3、有益效果：

本发明通过控制浓钛液的铁钛比、碱钛比、钛液浓度、中和温度、中和时间，以及水解压力，水解晶种加量，使水解生成具有更小原级粒子的偏钛酸，而原级粒子越小，偏钛酸的比表面积越大，进而得到的高比表面积钛白粉，从源头工艺提高产品的比表面积，并改善产品的粒度和粒径分布，从而实现最终产品比表面积的提高。

附图说明

图1为本发明制备的偏钛酸TEM分析谱图。

具体实施方式

下面结合实施例来对本发明进行详细说明。

实施例1：

第一步：准备F值为1.91、铁钛比为0.3、浓度为200g/l的浓钛液。

第二步：将一部分的F值为1.91、铁钛比为0.3、浓度为200g/l的浓钛液，和碱钛比为0.2的液碱预热至80℃，控制中和时间为40分钟，用浓钛液中和该液碱，并对该溶胶体系进行保温和熟化，直至该体系的稳定性到达一定的指标范围后，即完成了水解晶种的制备。

第三步：取一部分第一步准备的浓钛液预热到80℃，然后放料至已启动搅拌的水解罐内。

第四步：当浓钛液放料3分钟后，将第二步制备成的晶种放料到第三步准备的浓钛液中，加入的晶种量以二氧化钛计为3.5%。

第五步：晶种放料结束后，搅拌20分钟，用6t/h流量的直接蒸汽进行加热，蒸汽加热至沸腾。

第六步：然后调小蒸汽阀门继续加热，当罐内物料的颜色由灰色逐渐变为浅乳白色时，停蒸汽25分钟。

第七步：再次用2t/h流量的直接蒸汽阀门对物料加热，至物料再次沸腾。

第八步：调节蒸汽阀门保持体系呈一定的微沸腾状态，保持水解过程中压力为0.1Mpa，2小时后水解过程结束。

实施例2：

第一步：准备F值为1.92、铁钛比为0.33、浓度为210g/l的浓钛液。

第二步：将F值为1.92、铁钛比为0.33、浓度为210g/l的浓钛液，和碱钛比为0.23液碱预热至89℃，控制中和时间为46分钟，用浓钛液中和该液碱，并对该溶胶体系进行保温和熟化，直至该体系的稳定性到达一定的指标范围后，即完成了水解晶种的制备。

第三步：取一部分第一步准备的浓钛液预热到100℃，然后放料至已启动搅拌的水解罐内。

第四步：当浓钛液放料4分钟后，将第二步制备成的晶种放料到第三步准备的浓钛液中，加入的晶种量以二氧化钛计为4.0%。

第五步：晶种放料结束后，搅拌15分钟，用6.5t/h流量的直接蒸汽进行加热，至溶液开始沸腾。

第六步：然后调小蒸汽阀门继续加热，当罐内物料的颜色由灰色逐渐变为浅乳白色时，停蒸汽30分钟。

第七步：再次用2.5t/h流量的直接蒸汽阀门对物料加热，约20分钟左右，物料再次沸腾。

第八步：调节蒸汽阀门保持体系呈一定的微沸腾状态，保持水解过程中压力为0.1Mpa，2.5小时后水解过程结束。

实施例3：

第一步：准备F值为1.92、铁钛比为0.34、浓度为212g/l的浓钛液。

第二步：将F值为1.92、铁钛比为0.34、浓度为212g/l的浓钛液，和碱钛比为0.24的液碱预热至91℃，控制中和时间为50分钟，用浓钛液中和该液碱，并对该溶胶体系进行保温和熟化，直至该体系的稳定性到达一定的指标范围后，即完成了水解晶种的制备。

第三步：取一部分第一步准备的浓钛液预热到90℃，然后放料至已启动搅拌的水解罐内。

第四步：当浓钛液放料5分钟后，将第二步制备成的晶种放料到第三步准备的浓钛液中，加入的晶种量以二氧化钛计为4.5%。

第五步：晶种放料结束后，搅拌22分钟，用7t/h流量的直接蒸汽进行加热，至溶液开始沸腾。

第七步：再次用3t/h流量的直接蒸汽阀门对物料加热，至物料再次沸腾。

第八步：调节蒸汽阀门保持体系呈一定的微沸腾状态，保持水解过程中压力为0.15Mpa，3小时后水解过程结束，

实施例4：

第一步：准备F值为1.95、铁钛比为0.35、浓度为220g/l的浓钛液。

第二步：将F值为1.95、铁钛比为0.35、浓度为220g/l的浓钛液，和碱钛比为0.25的液碱预热至100℃，控制中和时间为60分钟，用浓钛液中和该液碱，并对该溶胶体系进行保温和熟化，即完成了水解晶种的制备。

第三步：取一部分第一步准备的浓钛液预热到85℃，后放料至已启动搅拌的水解罐内。

第四步：当浓钛液放料6分钟后，将第二步制备成的晶种放料到第三步准备的浓钛液中，加入的晶种量以二氧化钛计为5.5%。

第五步：晶种放料结束后，搅拌25分钟，用7t/h流量的直接蒸汽进行加热，至溶液开始沸腾。

第八步：调节蒸汽阀门保持体系呈一定的微沸腾状态，保持水解过程中压力为0.2Mpa，3.5小时后水解过程结束，

对比例：

第一步：准备F值为1.89、铁钛比为0.28、浓度为198g/l的浓钛液。

第二步：将F值为1.89、铁钛比为0.28、浓度为198g/l的浓钛液，和一定浓度的液碱，预热至80℃，控制中和速度为30min，用浓钛液中和该液碱，并对该溶胶体系进行保温和熟化，即完成了水解晶种的制备。

第三步：将已提前预热至85℃的浓钛液放料至已启动搅拌的水解罐内。

第四步：当浓钛液放料5分钟后，迅速将2.0%晶种（以二氧化钛计），直接放料至该水解罐内。

第五步：晶种放料结束后，搅拌20分钟，用6t/h流量的直接蒸汽进行加热，至溶液开始沸腾。

第六步：然后调小蒸汽阀门继续加热，当罐内物料的颜色由灰色逐渐变为浅乳白色时，停蒸汽35分钟。

第七步：再次用2t/h流量的直接蒸汽阀门对物料加热，至物料再次沸腾，3小时后水解过程结束。

对实施例1-4以及对比例得到的样品，利用比表面仪（BET）测定比表面积，结果如下表所示：

样品名称	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	对比例
						比表面积（m<sup>2</sup>/g）	389	398	396	402	325

选择比表面积最优的实施例4样品，进行TEM分析，该方案通过浓钛液水解的方法，相关TEM分析谱图，如图1所示。从TEM分析结果可知，得到的偏钛酸具有粒径小，粒度分布窄等特点，有利于在催化剂等领域应用过程中，具有更好的分散性。

本发明制备的偏钛酸的比表面积越大，进而得到的高比表面积钛白粉，从源头工艺提高产品的比表面积，并改善产品的粒度和粒径分布，从而实现最终产品比表面积的提高。经高比表面积偏钛酸制备的钛白粉，具有比表面积大，粒度分布均匀，灼失量低等优点，具有良好的应用性能。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims

1.一种高比表积偏钛酸的制备方法，包括以下步骤：第一步：浓度为200~220g/l的浓钛液；第二步：将一部分所述浓钛液和碱钛比为0.2-0.25的液碱预热至80-100℃，用所述浓钛液中和该液碱，并对该溶胶体系进行保温和熟化，完成水解晶种的制备；第三步：取一部分第一步准备的浓钛液预热到80-100℃，然后放料至已启动搅拌的水解罐内；第四步：将第二步制备成的晶种放料到第三步中完成放料的浓钛液中；第五步：晶种放料结束后，搅拌15-25分钟，用蒸汽进行加热，至溶液开始沸腾；第六步：然后调小蒸汽阀门继续加热，当罐内物料的颜色由灰色逐渐变为浅乳白色时，停蒸汽25-35分钟；第七步：再次蒸汽对物料加热，至物料再次沸腾；第八步：调节蒸汽阀门保持体系呈一定的微沸腾状态，保持水解过程中压力为0.1-0.2Mpa，2.5-.3.5小时后水解过程结束，制得偏钛酸。

2.如权利要求1所述的方法：其特征在于：所述浓钛液的将F值为1.9~1.95、铁钛比为0.3~0.35。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在第二步中，中和时间为40-60分钟。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在第四步中，加入的晶种量以二氧化钛计为3.5-5.5%。

5.如权利要去1或4所述的方法，其特征在于：在第四步中，在所述第三步完成放料3-6分钟后，开始将晶种放料到第三步完成放料的浓钛液中。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在第五步中，所用的蒸汽的流量为6-7t/h。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在第七步中，所用的蒸汽的流量为2-3t/h。