一种用缓冷含钛高炉渣制备CaTiO₃复合材料的方法

专利名称：一种用缓冷含钛高炉渣制备CaTiO₃复合材料的方法
技术领域：
本发明属于无机材料制备技术领域，具体涉及ー种以缓冷含钛高炉渣为主要原料制备CaTiO3复合材料的方法。
背景技术：
钙钛矿型CaTiO3材料由于具有光催化降解有机物、裂解水产生氢气和氧气和具有发光性能等优点而受到广泛的关注。目前，合成钙钛矿型CaTiO3的方法主要有液相法、 固相法和机械激活法等，具体制备エ艺可见文献^Anodic-hydrothermal preparation of prism-shaped CaTiO, structure on titanium surface，，ι,ΛρρΙied Surface Science, 2011 (257) :pp3092 3096)、“固相合成钛酸钙的光催化性能”(环境化学，2010 (29) :pp831 834)禾ロ“rMicrostructure characterization of ball milled prepared nanocrystal1 me perovskite CaTiO3 by Rietveld method" (Materials Chemistry and Physics, 2004 (86) :pp^4l92)。以上文献中，制备钙钛矿型CaTiO3的主要原料均为含钛和含钙的高纯化工原料，生产成本较高。含钛高炉渣中含有大量的有价组分钛、硅、铝和钙，是一种价值极高的冶金二次资源。目前含钛高炉渣的综合利用率低，特别是几十年以来积累下来的数量极其巨大的自然冷却高炉渣，由于在常规条件下极难浸出其有价组分，因此，绝大多数利用方式仍处于低附加值层次，即使对其进行资源化利用(如制取TW2及TiCl4、含钛组分的选择性富集、长大与分离等)，也只是提取单ー组分Ti，附加值较低，且生产过程比较复杂，难以实现大宗量利
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发明内容
本发明为了克服现有CaTiO3生产成本高以及含钛高炉渣资源化利用的缺陷，提供了一种以缓冷含钛高炉渣(以下简称为含钛高炉渣)为主要原料来制备钙钛矿型CaTiO3M 合材料的方法。本制备方法所涉及的原料及具体制备方法如下 1、制备钙钛矿型CaTiO3复合材料的主要原料
本发明所用主要原料为含钛高炉渣，其典型成分见表1，该高炉渣中的钛和钙的氧化物含量占总组分的45%以上，并且其两者大部分以CaTiO3的形式存在，这为该方法制备钛酸铝提供了丰富的钛和铝的来源，因此，本发明的核心就是采用合理的路线，调整其中的Al、 Si、Mg和狗等组分的含量，获得多元有益元素參杂的钙钛矿型CaTiO3复合材料。表1含钛高炉渣的主要化学成分(wt. %)
TiO2CaOAl2O3MgOFe2O3SiO2Na2OK2O其它20. 125. 814. 06. 75. 224. 40. 60. 81. 9
2、本发明所提供的制备方法具体步骤如下
(1)将含钛高炉渣烘干，粉碎后过200目筛，得到不大于200目的含钛高炉渣粉体；
(2)将步骤(1)中所得的含钛高炉渣与NaNO3混合研磨均勻后置于氧化铝坩埚中焙烧，焙烧池后自然冷却得到改性含钛高炉渣，焙烧温度为1295°C，所述NaNO3与含钛高炉渣的质量比为(1 - 3) 4 ；
(3)将步骤(2)中得到的改性含钛高炉渣研磨至不大于200目的粉体，用热水洗涤至中性后，过滤获得水不溶性改性含钛高炉渣；
(4)将步骤(3)所得的水不溶性改性含钛高炉渣置于5wt%的盐酸溶液中，在65で下搅拌反应lh，过滤得到CaTiO3复合材料的前驱物；
(5)将步骤(4)所得CaTiO3复合材料的前驱物用水洗涤至中性后，于110で下干燥 12h，制得钙钛矿型CaTiO3复合材料。 本发明方法的主要化学反应及原理如下 1、制备的主要化学反应
Fi
i{;iq) + 3H,<_)(iicj)
+ JH2O(Jiq)
+ h2O_》
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/mmm\.
2、本发明方法的主要原理
(1)通过将含钛高炉渣进行碱热处理，使硅组分转入偏硅酸钠物相中，然后水洗涤除去偏硅酸钠；
(2)使用稀盐酸溶液酸解经过(1)处理除去SW2后的渣样，使渣中的Al203、Fi5203和MgO 等组分进入滤液，再通过过滤和水洗涤除去，最大限度保留含钛高炉缓冷渣中原有的钙钛矿型 CaTi03。 本发明的优点是通过对含钛高炉缓冷渣进行热改性，将Si组分离，然后通过稀盐酸酸解将A1203、F^03和MgO等组分除去，直接保留并大大提高了含钛高炉缓冷渣中原有的钙钛矿型CaTi03。该方法ェ艺简单、成本低、并可实现含钛高炉渣的大宗量利用，具有显著的经济社会效益。
具体实施例方式
实施例1 将含钛高炉渣烘干、粉碎，并过200目筛，得到粒径大于200目的含钛高炉渣粉体，备用；将100克上述含钛高炉渣和25克NaNO3粉体研磨，并且混合均勻置于氧化
4铝坩埚中在1295で下焙烧池后，自然冷却备用；将焙烧样品研磨至不大于200目，取50 克，用热水洗涤至接近中性后，过滤获得固相样品I ；将固相样品I置于750 ml 5wt%的盐酸溶液中，在65で下搅拌反应lh，过滤获得固相样品II ；用水洗涤样品II至接近中性后， 过滤获得固相样品III，于110で下干燥12h，即得最终产品钙钛矿型CaTiO3复合材料。实施例2 将含钛高炉渣烘干、粉碎，并过200目筛，得到粒径大于200目的含钛高炉渣粉体，备用；将100克上述含钛高炉渣和50克NaNO3粉体研磨，并且混合均勻置于氧化铝坩埚中在1295で下焙烧池后，自然冷却备用；将焙烧样品研磨至不大于200目，取50 克，用热水洗涤至接近中性后，过滤获得固相样品I ；将固相样品I置于750 ml 5wt%的盐酸溶液中，在65で下搅拌反应lh，过滤获得固相样品II ；用水洗涤样品II至接近中性后， 过滤获得固相样品III，于110で下干燥12h，即得最终产品钙钛矿型CaTiO3M合材料，其中 CaTiO3含量达到87%。实施例3 将含钛高炉渣烘干、粉碎，并过200目筛，得到粒径大于200目的含钛高炉渣粉体，备用；将100克上述含钛高炉渣和75克NaNO3粉体研磨，并且混合均勻置于氧化铝坩埚中在1295で下焙烧池后，自然冷却备用；将焙烧样品研磨至不大于200目，取50 克，用热水洗涤至接近中性后，过滤获得固相样品I ；将固相样品I置于750 ml 5wt%的盐酸溶液中，在65で下搅拌反应lh，过滤获得固相样品II ；用水洗涤样品II至接近中性后， 过滤获得固相样品III，于110で下干燥12h，即得最终产品钙钛矿型CaTiO3复合材料。
权利要求
1. 一种用缓冷含钛高炉渣制备CaTiO3复合材料的方法，其特征在于该制备方法具体步骤如下(1)将含钛高炉渣烘干，粉碎后过200目筛，得到不大于200目的含钛高炉渣粉体；(2)将步骤(1)中所得的含钛高炉渣与NaNO3混合研磨均勻后置于氧化铝坩埚中焙烧， 焙烧池后自然冷却得到改性含钛高炉渣，焙烧温度为1295°C，所述NaNO3与含钛高炉渣的质量比为(1 - 3) 4 ；(3)将步骤(2)中得到的改性含钛高炉渣研磨至不大于200目的粉体，用热水洗涤至中性后，过滤获得水不溶性改性含钛高炉渣；(4)将步骤(3)所得的水不溶性改性含钛高炉渣置于5wt%的盐酸溶液中，在65で下搅拌反应lh，过滤得到CaTiO3复合材料的前驱物；)将步骤(4)所得CaTiO3复合材料的前驱物用水洗涤至中性后，于110で下干燥 12h，制得CaTiO3复合材料。
全文摘要
本发明公布一种以用含钛高炉缓冷渣制备CaTiO3复合材料的方法，属于无机材料制备技术领域。该方法包括如下步骤以含钛高炉渣与一定的NaNO3混合于高温下进行热改性，使Si组分转入易溶于水的Na2SiO3物相中，经过热水洗涤除去，滤渣再经过5wt%的稀盐酸溶液酸解使Al2O3、Fe2O3和MgO等组分进入滤液，再通过过滤和水洗涤除去，最大限度保留含钛高炉缓冷渣中原有的钙钛矿型CaTiO3，所获得的产品CaTiO3含量达到87%。本发明所提供的制备方法工艺简单、成本低，具有显著的经济合社会效益。
文档编号C01G23/00GK102583515SQ20121000420
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者吕辉鸿, 李敏红, 李辽沙, 武杏荣 申请人:安徽工业大学