一种熔盐制备钛酸钾晶体的方法与流程

本发明属于耐高温精密材料技术领域，具体涉及一种熔盐制备钛酸钾晶体的方法。

背景技术：

钛酸钾有良好的导电性、耐热性和耐磨损性，可与金属材料复合提升性能，可用于制作刹车片、耐高温精密材料，也可用于制作焊条，应用十分广泛。现有钛酸钾的主要生产方式包括：水热法、熔融法、溶体法、助溶剂法、急冷烧结结晶法、慢冷烧结结晶法以及kdc法。

现有技术普遍使用氢氧化钾和二氧化钛或碳酸钾与二氧化钛为原料生产钛酸钾，烧结法是将两种原料在600℃至1200℃之间进行反应，但工艺粗糙，生产效果不好；kdc法是在烧结法基础上改进形成的，将原料制成浆状后再1000℃至1200℃条件下烧结生成钛酸钾；熔融法是将两种材料加热至熔融后骤冷制备钛酸钾。熔融法、溶体法、急冷烧结结晶法、慢冷烧结结晶法以及kdc法生产出的产品质量较好，但是反应温度较高，能耗较大，不利于节能减排；助溶剂法则是在原料中加入高锰酸钾等助溶剂，降低制备温度。助溶剂法生产的钛酸钾产品质量较好，但是助溶剂价格较高，经济型差，大规模工业化生产受限；水热法是在高压反应釜中综合控制反应时间、压力、温度、ph值等条件生成钛酸钾，过程较为繁琐。水热法虽然较为节能，但是生产过程中控制因素较多，不利于工业化生产，同时生产过程中会不断调节ph值，造成大量浪费。同时也使生产过程中成本上升。

技术实现要素：

本发明的目的旨在提供一种熔盐制备钛酸钾晶体的方法。

本发明具体通过以下技术方案实现：

一种熔盐制备钛酸钾晶体的方法，包括以下步骤：

1)按比例将nacl、kcl、naf和tio2充分混合均匀，置于真空干燥箱内去除水分；

2)将经过干燥的混合试剂置于电阻炉内升温加热，使tio2能够达到溶解平衡状态；

3)反应完成后冷却至室温，用热蒸馏水清洗，即可得到钛酸钾。

进一步的，所述的步骤(1)中nacl、kcl、naf与tio2的摩尔比为2:2.5:2.5:1。

进一步的，所述的步骤(1)中真空干燥条件为：473k温度下干燥24h。

进一步的，所述的步骤(2)中对混合试剂进行加热升温至炉内温度为800℃后，恒温4h。

经过热力学软件hsc6.0计算，在500℃时，反应可以自发进行，生成氟钛酸钾和钛酸钾。为保证熔融盐体系完全溶解，在熔盐反应过程中，熔盐温度为800℃，时间为0.5～1.5h。

本发明的有益效果为：

本发明可以直接一步生产钛酸钾，避免了先烧结后极冷的过程，降低生产工艺难度，同时温度控制在800℃，相较于传统方法降低能耗，可根据产品要求不同而调整保温时间等，达到不同的生产要求。有助于提高钛酸钾生产效率，简化生产过程，减少能源消耗，在过程中不使用酸或碱危险物品，生成物中只含有氟钛酸钾、钛酸钾和氯化钠绿色环保。此外，熔盐体系中的盐均为较为常见的盐较为安全，生产原料成本较低。

附图说明

图1是本发明实施例制备得到钛酸钾晶体的xrd检测图。

具体实施方式

下面将结合本发明具体的实施例，对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

熔盐法制备钛酸钾，以二氧化钛为原料。熔盐体系选用氯化钠、氯化钾、氟化钠三元体系，即nacl-kcl-naf-tio2，利用等摩尔比的nacl-kcl体系可以保证具有较低熔点；其次添加naf更有利于tio2的溶解。

所述nacl、kcl、naf与tio2的摩尔比为2:2.5:2.5:1。

按比例将nacl、kcl、naf和tio2充分混合均匀后倒入刚玉坩埚，放入电阻炉内加热，当炉内温度达到800℃，再将熔盐保温4h，使含tio2能够达到溶解平衡状态。经过热力学软件hsc6.0计算，在500℃时，反应可以自发进行，生成氟钛酸钾和钛酸钾。

下面结合具体的制备过程对本发明技术做进一步的解释说明。

将分析纯的nacl、分析纯的kcl、分析纯的naf和二氧化钛用玛瑙研钵研磨细化后，置于真空干燥箱内在473k温度下干燥24h以除去试剂内残余水分，然后密封保存待用。

将35.0941gnacl、55.9605gkcl、31.5195gnaf和23.9696gtio2充分混合均匀后倒入刚玉坩埚，然后放入电阻内加热，当炉子显示温度到达设定温度400℃时，化学反应开始自发进行，将电阻炉升温至800℃，使原料处于完全熔融状态，再将熔盐保温4h，使tio2与naf和kcl完全反应。

反应完全后冷却至室温，由于生成物中氯化钠可溶于水，可将产品用热蒸馏水清洗，将盐和氟钛酸钾全部洗去，则过滤出钛酸钾。

实验全程通氩气保护，氩气在通入炉内之前先经过装有变色硅胶的气体蒸馏塔，将氩气进行干燥。氩气由炉底部的氩气进气口通入，由炉顶的出气口排出，出气通入盛有氢氧化钠的溶液出净化后排入环境中。炉子上下分别配有不锈钢的炉盖保证炉子的气密性，为了防止在高温环境中炉盖被氧化，炉盖内通入循化水冷却，延长炉盖的使用寿命。

如图1所示对熔盐产物进行xrd检测，(日本理学，ultimaiv)从图中可以看出，有新物质钛酸钾生成。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种熔盐制备钛酸钾晶体的方法，以二氧化钛为原料。熔盐体系选用氯化钠、氯化钾、氟化钠三元体系，升温至800℃后，恒温4h，充分进行反应，反应完成后冷却至室温，用热蒸馏水清洗，即可得到钛酸钾。本发明方法直接一步生产钛酸钾，简化生产过程，减少能源消耗，有助于提高钛酸钾生产效率。

技术研发人员：梁精龙;李慧;王冬斌;严红燕;王晶;周景一;韩立华;贾雷;刘畅;张帅
受保护的技术使用者：华北理工大学
技术研发日：2018.08.14
技术公布日：2019.06.25