专利名称：一种碱金属钛基晶须和片晶的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种碱金属钛基晶须和片晶的制备方法，具体的说为一种通过简单的一次烧结制备出碱金属钛基晶须和片晶的方法。
背景技术：
碱金属钛基晶须和片晶具有增强、隔热等作用，可应用于塑料、涂料、摩擦材料等行业。特别是六钛酸钾晶须具有优良的力学和物理性能，优异的隔热、耐磨性，可以取代强致癌物质石棉，这样避免了环境污染，同时提高了摩擦材料的摩擦系数和热稳定性[1]，具有显著的社会和经济效益。
传统制备碱金属钛基晶须和片晶的方法是将TiO2与碱金属碳酸盐按一定的比例混合，然后经过高温煅烧得到[1-5]，由于TiO2昂贵的市场价格，使得碱金属钛基晶须和片晶的制备成本过高，不能被大规模应用。同时，用碳热还原法[6-8]从钛矿石出发制备TiO2时，仍需要经过高温煅烧，这是一个高能耗的过程，也是导致TiO2价格高的原因之一。现在以钛铁矿为原料制备碱金属钛基晶须多为两步法，即先将钛铁矿中TiO2富集成钛渣，然后在高温下再和碱金属化合物反应生成碱金属钛酸盐晶须[9]。W.Akira等[10]用酸处理过的钛铁矿和碱金属化合物、石墨，通过高温烧结制备出碱金属钛酸盐晶须，此工艺实际上仍为两步法，首先通过水洗钛铁矿来富集TiO2，然后再高温烧结出所需产品，并且此工艺会产生废水，不利于环保。
发明内容
本发明的目的在于实现碱金属钛基晶须和片晶的高质量低成本制备，以钛铁矿、钛精矿、假板钛矿等钛矿物为前驱体，将钛矿物的碳热还原制备TiO2的过程与TiO2烧结制备钛基晶须和片晶的过程耦合在一起，在高温熔体环境中一步获得钛基晶须和片晶产品。
本发明的目的可以通过以下措施达到
一种碱金属钛基晶须和片晶的制备方法，其特征是按以下步骤进行①将钛矿物、含碱金属化合物与助熔剂、还原剂、水，充分混合；混合物中助熔剂质量百分含量为10％～50％，还原剂质量百分含量为1％～40％，水质量百分含量为10％～50％，其余为钛矿物和含碱金属化合物；钛矿物与含碱金属化合物折合成TiO2与M2O，其摩尔比为TiO2/M2O＝2.0～4.0，其中M为碱金属；②将上述混合物在800～1300℃下烧结30分钟～10小时；③将烧结产物水洗分散、过滤、干燥。
其中钛矿物为钛铁矿、钛精矿、假板钛矿、钛铁晶石或红钛铁矿；含碱金属化合物为锂、钠、钾、铷、铯的硝酸盐、碳酸盐或氢氧化物；助熔剂为碱金属的硝酸盐、硫酸盐或氯化物中的一种或几种；还原剂为焦炭、木炭、石墨或煤中的一种或几种。
本发明制得的产品是碱金属钛基晶须或片晶M0.2-2.0Fe0-2.0Ti0.2-6O2-16，其中铁的含量可以通过还原剂来控制。产品晶须长度10～100μm，直径1～4μm；片晶直径8～15μm，厚度1～3μm。本发明直接以钛矿物为前驱体，将钛矿物的碳热还原制备TiO2的过程与TiO2烧结制备钛基晶须和片晶的过程耦合在一起，缩短了工艺流程，同时采用熔体法，提高了产品的结晶性能，因而是一种低成本高质量制备碱金属钛基晶须和片晶的方法，有利于工业化生产及应用。本发明制备的碱金属钛基晶须和片晶具有增强、隔热、摩擦等优异性能。
图1为本发明钛酸铁锂片晶的扫描电子显微镜(SEM)图。
图2为本发明六钛酸钾晶须的扫描电子显微镜(SEM)图。
图3为本发明钛酸铁铯晶须的扫描电子显微镜(SEM)图。
具体实施例方式
下面根据实施例对本发明作进一步描述实施例1.
①原料配制钛铁矿，Li2CO3，LiCl，石墨，H2O。上述原料均匀混合，
比较例2.
①原料配制红钛铁矿，K2CO3，石墨，H2O。上述原料均匀混合，其中摩尔比TiO2/K2O＝3.0，含石墨40wt％，含水10wt％；②将混好的反应物料装于氧化铝坩锅中，反应温度为1200℃，反应时间为2小时；③将烧结产物水洗分散；④过滤；⑤在150℃下干燥2.5小时。
上述过程得到的是六钛酸钾，与实施例3相比，由于未加助熔剂，产物形貌为晶块，品质较差。
比较例3.
①原料配制钛精矿，Rb2CO3，RbNO3，H2O。上述原料均匀混合，其中摩尔比TiO2/Rb2O＝4.0，含10wt％RbNO3，含水20wt％；②将混好的反应物料装于氧化铝坩锅中，反应温度为1100℃，反应时间为8小时；③将烧结产物水洗分散；④过滤；⑤在150℃下干燥2.5小时。
上述过程得到的主要成分是钛酸铁铷颗粒，与实施例4相比，由于未加还原剂，产物组成不均一，品质较差。
比较例4.
①原料配制钛铁矿，CsOH，CsCl，石墨，H2O。上述原料均匀混合，其中摩尔比TiO2/Cs2O＝5.0，含60wt％CsCl，含石墨0.5wt％，含水5wt％；②将混好的反应物料装于氧化铝坩锅中，反应温度为600℃，反应时间为2小时；③将烧结产物水洗分散；④过滤；⑤在150℃下干燥2.5小时。
上述过程得到的是钛酸铁铯，与实施例5相比，由于此工艺条件超出本发明工艺范围，因此产物形貌为颗粒状，品质较差。
由实施例与比较例比较可以看出本发明由于在反应中加入助熔剂和还原剂，使得晶体的质量明显提高。与传统工艺相比，本发明改变了反应前驱体，并且缩短了流程，大大降低了生产成本，因此可见，本发明适合工业化大规模生产。
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权利要求
1.一种碱金属钛基晶须和片晶的制备方法，其特征是按以下步骤进行①将钛矿物、含碱金属化合物与助熔剂、还原剂、水，充分混合；混合物中助熔剂质量百分含量为10％～50％，还原剂质量百分含量为1％～40％，水质量百分含量为10％～50％，其余为钛矿物和含碱金属化合物；钛矿物与含碱金属化合物折合成TiO2与M2O，其摩尔比为TiO2/M2O＝2.0～4.0，其中M为碱金属；②将上述混合物在800～1300℃下烧结30分钟～10小时；③将烧结产物水洗分散、过滤、干燥。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是钛矿物为钛铁矿、钛精矿、假板钛矿、钛铁晶石或红钛铁矿。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是含碱金属化合物为锂、钠、钾、铷、铯的硝酸盐、碳酸盐或氢氧化物。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是助熔剂为碱金属的硝酸盐、硫酸盐或氯化物中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是还原剂为焦炭、木炭、石墨或煤中的一种或几种。
全文摘要
一种碱金属钛基晶须和片晶的制备方法，将钛矿物、含碱金属化合物与助熔剂、还原剂、水，充分混合；混合物中助熔剂质量百分含量为10％～50％，还原剂质量百分含量为1％～40％，水质量百分含量为10％～50％，其余为钛矿物和含碱金属化合物；钛矿物与含碱金属化合物折合成TiO
文档编号C30B29/00GK1865536SQ20061003968
公开日2006年11月22日 申请日期2006年4月20日 优先权日2006年4月20日
发明者陆小华, 刘畅, 秦夕峰, 王昌松, 冯新, 王浩, 杨祝红 申请人:南京工业大学