专利名称：柱状六钛酸钾的制备方法
技术领域：
本发明属于化工领域，具体涉 及一种柱状六钛酸钾的制备方法。
背景技术：
钛酸钾晶须可表示为K2O ·η 02,η可取2、4、6和8,分别表示二钛酸钾、四钛酸钾、六钛酸钾及八钛酸钾。1994年由黄继芬教授在《盐湖研究》(见Ρ69-75)上发表的《无机增强纤维I 钛酸钾纤维》的文章中介绍到六钛酸钾(K2Ti6O13),呈隧道结构，由TiO6八面体通过共面和共棱连结而成风洞状结构的晶体，K离子占据风洞中，风洞轴与纤维轴平行。六钛酸钾中的K离子被这种风洞状结构包裹住，使之与环境隔开，即使在溶液中K离子也无法突破这些风洞状的包裹层而呈化学惰性。正是由于这种风洞状的结构，使得六钛酸钾不同于层状结构的二钛酸钾和四钛酸钾，如六钛酸钾纤维具有化学稳定性、热稳定性、绝热耐热性、反射红外线、绝缘、高温吸音等等良性能。可用作金属、陶瓷、水泥和塑料等的增强材料、耐火材料、绝热涂料等等许多功能材料。并且钛酸钾晶须的几何尺寸很小，将它用作树脂的增强材料。不会显著增加树脂混合物的粘度，因而可以改善加工流动性，以制造出形状复杂、尺寸精度高、各向同性、表面光洁的制品。钛酸钾晶须的硬度较小，对成型加工设备和模具的磨损较小。由于生产工艺的不同，六钛酸钾晶体的形态也不同，主要有鳞片状、柱状、针状，由于晶体形态的不同，六钛酸钾的应用也有所不同。本发明的六钛酸钾呈柱状晶体，可广泛用于膜材材料。六钛酸钾的生产方法主要有烧结法、熔融法、助融法、水热法等，但用于工业生产的主要是烧结法。通过专利检索，申请号为200610132373. X的中国专利公开了一种柱状六钛酸钾的制备方法，其主要工艺流程为1.配料和混料把碳酸钾放入水中充分溶解，再将钛白粉放入碳酸钾溶液中搅拌均匀；钛白粉(TiO2)与碳酸钾(K2CO3)的摩尔比为5. 5飞.5 I ；2.造粒将步骤(I)得到的混合料装入加热炉中烘干，进入粉碎机粉碎、过40 200目筛，再密封装袋；或者将步骤(I)得到的混合料装入喷雾造粒机，雾化、烘干、过40 200目筛，再密封装袋；3.煅烧将步骤(2)得到的造粒料装入陶瓷容器并加盖，再进入分段控温加热炉煅烧，煅烧过程由升温、保温、降温三步完成；4.粉碎和分离将步骤(3)得到的煅烧料，先采用锤式破碎机破碎成粗颗粒，再采用振动球磨和风力分选工艺，将其粉碎、分离成单晶体。该工艺生产的六钛酸钾主要缺点如下I.从该专利内容可知,使用该方法生产的六钛酸钾长径比小,收率低；2.生产的六钛酸钾中存在有二氧化钛杂质,且不易于六钛酸钾分离。申请号为200710190552. 3的中国专利公开了一种六钛酸钾晶须的生产方法，其主要的工艺为以K2CO3和偏钛酸为原料，将K2CO3和偏钛酸混合，其中K2CO3与偏钛酸中Ti032_的摩尔比为1:2 5，同时按照摩尔KK2CO3 K2SO4Sl : O. Of 2的比例加入硫酸钾，干燥、磨细；将混合物在900°C 1150°C煅烧，烧成物在空气中冷却后，浸于去离子水中煮沸5lh，过滤，洗涤，烘干，得到钛酸钾晶须。该方法的主要缺点是1.产品生产周期长；2.在去离子水中煮沸条件过于苛刻。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种柱状六钛酸钾的制备方法，该方法收率高，制得的柱状六钛酸钾长径比大、纯度高。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是柱状六钛酸钾的制备方法，包括如下步骤a、将一100目的含钛原料和含钾原料按照TiO2 K2O = 4 7的摩尔比混合均匀；b、将步骤a混合均匀后的物料置于1100 1300°C的温度环境下烧结I 4h，使物料充分反应； C、将步骤b烧结后的物料快速冷却，然后在60 80°C的恒温环境下用水将冷却后的物料进行充分解离，最后过滤、干燥即得柱状六钛酸钾产品。本发明解离是指用水将可溶性碱性物质溶解，然后随水去除，提高产品纯度的过程。为了节约能耗，步骤c中将烧结后的物料快速冷却通常采用的介质为冷却水。其中，上述方法步骤a中原料的摩尔配比为Ti02 K2O = 5 6。其中，上述方法步骤b中烧结的温度为1130 1170°C。其中，上述方法步骤c中干燥的温度为85 95°C。其中，上述方法所述的含钛原料为锐钛型二氧化钛、金红石型二氧化钛或偏钛酸中的至少一种。其中，上述方法所述含钾原料为氢氧化钾。本发明的有益效果是本发明控制原料的粒度有利于混料均匀，使原料能够充分的反应，提高收率；控制原料摩尔比，有利于提高产品的纯度，增加产品长径比；严格控制烧结温度和时间，使TiO2能尽可能的转变为六钛酸钾，从而提高了收率，同时使长径比能尽可能提高；将烧结物料快速的冷却，使液相完全失去析晶能力，全部转化为低温下的玻璃体，同时减少产品中细小的晶体，使产品的物相更纯净，保证产品基本为六钛酸钾，提高纯度和收率；用水将冷却后的物料进行离解，提高产品纯度；在以上措施的综合作用下，能充分提高产品收率，制得的柱状六钛酸钾长径比大、纯度高。本发明方法工艺流程简单，易操作，成本低，适宜工业化生产。
图I为本发明实施例一制备得到的柱状六钛酸钾的SHM图；图2为本发明实施例二制备得到的柱状六钛酸钾的SM图；图3为本发明实施例二制备得到的柱状六钛酸钾的XRD图；横坐标2 Θ角度，单位。；纵坐标强度，单位counts，即在2 Θ角度下收集到的光子数。
具体实施例方式下面通过具体实施方式
对本发明作进一步的说明。本发明柱状六钛酸钾的制备方法，包括如下步骤a、将一 100目的含钛原料和含钾原料按照TiO2 K2O = 4 7的摩尔比混合均匀；b、将步骤a混合均匀后的物料置于1100 1300°C的温度环境下烧结I 4h，使物料充分反应；C、将步骤b烧结后的物料快速冷却，然后在60 80°C的恒温环境下用水将冷却后的物料进行充分解离，最后过滤、干燥即得柱状六钛酸钾产品。本发明原料粒度一 100目，使得含钛原料和含钾原料的松装体积基本一致，有利于混料均匀，使原料能够充分的接触。原料按照TiO2 K2O = 4 7的摩尔比混合，配比过小将生成二钛酸钾或四钛酸钾，使产品纯度降低，产品配比过大，产品的晶须长度反而降低，影响产品质量。本发明烧结温度过高，晶须产品会由于高温而熔断，反而降低其长度，反应温度过低将产生四钛酸钾杂质。本发明需对烧结物料进行急冷，若缓冷，产品将转变成为四钛酸钾和二钛酸钾，快速冷却能避免杂质的产生。在60 80°C的恒温环境下进行解离， 可确保可溶性杂质的溶解。其中，上述方法步骤a中原料的摩尔配比为Ti02 K2O = 5 6。其中，上述方法步骤b中烧结的温度为1130 1170°C。本发明进行烧结的前期，温度可以稍高一些，如1300°C左右，但是，在烧结的后期应该在1130 1170°C之间，以保证六钛酸钾的生成。其中，上述方法步骤c中干燥的温度为85 95°C。其中，上述方法所述的含钛原料为锐钛型二氧化钛、金红石型二氧化钛或偏钛酸中的至少一种。其中，上述方法所述含钾原料为氢氧化钾。下面通过实施例对本发明的具体实施方式
作进一步的说明，但并不因此将本发明的保护范围限制在实施例之中。实施例一将偏钛酸(含水20%)与一100目的氢氧化钾按照TiO2 K20=5. 5的摩尔比称量，并将二者混合均匀；将上述混合好的原料装入到适当大小的坩埚中，并将坩埚放入到1150°C的高温箱式电阻炉中，停留3h ；将上述烧结好的产品取出，立即放入到盛水容器中冷却；待广品冷却完成以后，从水中取出广品，将樹祸中的广品放入含400ml水的烧杯中，并将烧杯放入到设置温度为70°C的水浴锅中，搅拌烧杯中的产品使晶须产品充分解离，解离时间为2h ；将上述解离以后的产品抽滤以后，放入到90°C的烘箱内烘干后即为成品。见制备得到的柱状六钛酸钾的SEM图(图1)，六钛酸钾晶须的长度可达200μπι，长径比高于15。实施例一由于采用含水量为20%偏钛酸为原料，偏钛酸质量为12. 86g，因此m (Ti02)=12 . 86 X 80%=10.288g，最终产品质量为 12. Olg，所以，
1001 480
产品收率' 480+94 =97-6o/o。
原料中TiO2 10.288实施例二
将一 100目的锐钛型二氧化钛与氢氧化钾按照TiO2 K20=5. 5的摩尔比称量，并将二者混合均匀；将上述混合好的原料装入到适当大小的坩埚中，并将坩埚放入到1150°C的高温箱式电阻炉中，停留3h ；将上述烧结好的产品取出，立即放入到盛水容器中冷却；待广品冷却完成以后，从水中取出广品，将樹祸中的广品放入含400ml水的烧杯中，并将烧杯放入到设置温度为70°C的水浴锅中，搅拌烧杯中的产品使晶须产品充分解离，解离时间为2h ；将上述解离以后的产品抽滤以后，放入到90°C的烘箱内烘干后即为成品。 见柱状六钛酸钾的SEM图和XRD图(图2和图3)，从XRD检验结果看到，产品中主要物象为六钛酸钾晶须，不存在其余的物象组成。从SEM结果显示，六钛酸钾晶须的长度为30 μ m左右，长径比为12左右，实施例二采用锐钛型二氧化钛为原料，m (TiO2) =12. 86g，最终产品质量为11.25g，所以，
"OS 480
产品收率=SSt= . 二^4=73.15% 。
原料中TiO2 12.86 由实施例可知，本发明采取严格控制原料的粒度、原料配比，严格控制烧结温度和时间，同时采用冷却水快速的使烧结物料冷却，用水将冷却后的物料进行离解等措施，充分提高了产品收率，制得的柱状六钛酸钾长径比大、纯度高。
权利要求
1.柱状六钛酸钾的制备方法，其特征在于包括如下步骤a、将一100目的含钛原料和含钾原料按照TiO2 K2O = 4 7的摩尔比混合均匀； b、将步骤a混合均匀后的物料置于1100 1300°C的温度环境下烧结I 4h，使物料充分反应； c、将步骤b烧结后的物料快速冷却，然后在60 80°C的恒温环境下用水将冷却后的物料进行充分解离，最后过滤、干燥即得柱状六钛酸钾产品。
2.根据权利要求I所述的柱状六钛酸钾的制备方法，其特征在于步骤a中原料的摩尔配比为Ti02 K2O = 5 6。
3.根据权利要求I所述的柱状六钛酸钾的制备方法，其特征在于步骤b中烧结的温度为 1130 1170°C。
4.根据权利要求I所述的柱状六钛酸钾的制备方法，其特征在于步骤c中干燥的温度为85 95°C。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的柱状六钛酸钾的制备方法，其特征在于所述的含钛原料为锐钛型二氧化钛、金红石型二氧化钛或偏钛酸中的至少一种。
6.根据权利要求I至4中任一项所述的柱状六钛酸钾的制备方法，其特征在于所述含钾原料为氢氧化钾。
全文摘要
本发明公开了一种柱状六钛酸钾的制备方法，属于化工领域。该方法包括如下步骤a、将－100目的含钛原料和含钾原料按照TiO2︰K2O＝4～7的摩尔比混合均匀；b、将步骤a混合均匀后的物料置于1100～1300℃的温度环境下烧结1～4h，使物料充分反应；c、将步骤b烧结后的物料快速冷却，然后在60～80℃的恒温环境下用水将冷却后的物料进行充分解离，最后过滤、干燥即得柱状六钛酸钾产品。本发明工艺流程简单，易操作，成本低，收率高，制得的柱状六钛酸钾长径比大、纯度高，适宜工业化生产。
文档编号C01G23/00GK102849790SQ20121037469
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月27日 优先权日2012年9月27日
发明者张树立, 王本菊, 刘黔蜀, 王海波, 孙青竹, 罗燕, 白桂华 申请人:攀枝花学院