一种高纯二氧化钛的制备方法与流程

本发明属于钛白粉制备，具体涉及了一种高纯二氧化钛的制备方法。

背景技术：

1、钛白粉即二氧化钛，是一种重要的无机化工原料，有着“白色颜料之王”的美誉，主要有金红石、锐钛矿和板钛矿三种晶型，具有无毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、油墨、化纤、陶瓷、日化、电容器、光催化等领域。

2、二氧化钛可分为颜料级和非颜料级。颜料级主要利用其白色，非颜料产品主要应用其功能和纯度。非颜料级钛白粉也可以分为搪瓷级钛白粉、电焊条级钛白粉、陶瓷级钛白粉、电子级钛白粉等多种类型，高纯二氧化钛属于非颜料级。

3、二氧化钛是一种具有稳定物理化学性质的无机物，同时具有半导体性能，介电常数和电阻率较高，且力学和电学性能优良。近些年来，二氧化钛由于其优良的光化学特性而在高端制造、电子元器件以及催化剂等相关领域上也逐渐被重视了起来。而在这些领域中，高纯度的二氧化钛材料在电子元器件：电阻(热敏电阻、压敏电阻vdr)、电容(片式多层陶瓷电容器mlcc)、电感、压电(压电陶瓷)、电路板、集成电路等；电池材料：锂电池钛酸锂负极、锂电池二氧化钛负极、锂电池正极材料添加剂、钠离子电池负极、燃料电池隔膜、太阳能电池等；玻璃：玻璃添加剂、玻璃着色剂、光学玻璃、微晶玻璃、特种玻璃等及二氧化钛薄膜：真空溅射镀膜、真空蒸发镀膜等方面有着广泛应用，所以更高纯度的二氧化钛的制备方法正成为主流探究对象，近年来需求量逐年增大。

4、高纯tio2一般指tio2纯度为99.0～99.9％的tio2，二氧化钛的纯度越高，以其为原料制成的产品性能越优异、质量越稳定；二氧化钛中有害杂质会对后续的制成品产生不利影响，特别是硅、铝、铁等元素对制成品质量产生致命影响。

5、目前，国内高纯二氧化钛的生产方法主要有硫酸法、ticl4直接水解法、氯化法和钛醇盐水解法等。硫酸法制备高纯二氧化钛具有工艺简单成熟、原料易得、成本较低、设备简单等优点，但因制备体系本身杂质含量高，且引入其他杂质，使得产品纯度低。四氯化钛直接水解法工艺流程短，产品质量好，但原料质量要求高、生产成本较高，同时生产过程中产生大量含酸废水，环保压力巨大。氯化法工艺流程短、自动化程度高、“三废”少、产品质量好，但存在技术难度大、原料质量要求高、设备材质要求苛刻等问题，工业化难度大。钛醇水解法制备得到的二氧化钛纯度高、粒径小、粒度分布窄，但是钛醇盐成本太高，只适用于实验室生产。

6、专利cn103073058a直接将四氯化钛加入水中制备四氯化钛溶液，之后向四氯化钛溶液中加入盐酸和去离子水配制混合液，再经水解、过滤、洗涤、真空干燥等得到粒径为15～30nm的金红石型纳米二氧化钛粉体。由于ticl4极为活泼，易水解，在空气中就会与水蒸气形成烟雾，ticl4和水之间的反应剧烈且复杂，ticl4缓慢加入水中，先生成白色悬浊液，之后随着ticl4继续加入，反应液中酸度增大，悬浊液溶解，再继续添加四氯化钛，得到黄绿色液体，反应受到温度及四氯化钛与水比例的影响，四氯化钛与水的比例需控制在一定范围内才能得到溶液，反应过程不易控制，而且由于该工艺没有进行终点ph调节及煅烧处理，得到的二氧化钛粒度较硬且晶型混杂。

7、文献“周忠诚,等.四氯化钛低温水解直接制备金红石型纳米二氧化钛.[j]稀有金属,2006,30(5):653-65”先配置异丙醇与水的混合液，再用盐酸调节ph值，后缓慢滴加四氯化钛溶液，并加氨水调ph值，之后70℃水解3h，陈化24h，过滤，用无水乙醇洗2～3次，80℃干燥，得到tio2粉末。然后分别在300、400℃煅烧2h得到样品，此方法在碱性条件下水解，水解瞬间反应，反应不容易控制，制备得到的样品晶粒尺寸及其分布不易控制，比表面积过大，下游应用反应活性不易控制，而且二氧化钛纯度也较低，需要进一步改善。

8、因此，开发一种生产易于控制的高纯二氧化钛，具有非常重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为解决现有技术的不足，而提供一种高纯二氧化钛的制备方法。

2、本发明的目的是以下述技术方案实现的：

3、一种高纯二氧化钛的制备方法，包括以下步骤：

4、s1.取四氯化钛缓慢与盐酸水溶液混合，反应得到含有二氯氧钛和盐酸的一次水解料；所述盐酸水溶液的质量分数为18～22％，所述四氯化钛与所述盐酸水溶液的质量比为(0.4～0.8):1；

5、s2.将所述一次水解料与水混合在90～110℃下进行二次水解，水解后固液分离得到偏钛酸前驱体；所述一次水解料与所述水的体积比为1:(1.5～2.5)；

6、s3.将所述偏钛酸前驱体煅烧，得到高纯二氧化钛。

7、优选的，所述四氯化钛纯度≥99.99％。

8、优选的，所述四氯化钛为经常规氯化法工艺氯化、冷凝得到的粗四氯化钛，再通过精馏提纯得到的四氯化钛；所述精馏温度为130～160℃。

9、优选的，步骤s1混合后静置反应0.5～1h，所述一次水解料浓度以tio2计为250～450g/l。

10、优选的，步骤s2将所述一次水解料缓慢加入水中，加料时间为2～5h，加料后保温均化0.5～2h。

11、优选的，步骤s2水解后经以下方法制备得到所述偏钛酸前驱体：

12、首先进行第一次固液分离，将滤饼加水重新制浆，并调节ph为6.0～8.0；

13、然后进行二次固液分离，并依次采用水洗、醇洗，得到所述偏钛酸前驱体。

14、优选的，所述第一次固液分离的滤液回收至步骤s1循环利用。

15、优选的，ph调节采用氨水。

16、优选的，步骤s3所述煅烧温度为550～750℃，时间为2.0～5.0h。

17、优选的，步骤s3将所述偏钛酸前驱体置于煅烧炉中，然后在程序升温条件下进行煅烧，所述程序升温条件为：

18、第一阶段：在15～25min之间将温度从室温升至185～215℃；

19、第二阶段：在50～60min之间将温度从185～215℃升温至550～750℃；

20、第三阶段：然后在550～750℃下保温2.0～5.0h。

21、本申请首先将四氯化钛直接与限定浓度和用量条件下的盐酸水溶液在室温下混合反应，生成二氯氧钛和盐酸的混合溶液，然后再将二氯氧钛和盐酸混合溶液在限定高温条件下进行二次水解，由二氯氧钛直接一次性水解为偏钛酸。该水解过程相比四氯化钛水溶液直接水解，不需在低温条件下反应，中间产物较少，反应容易控制，二氯氧钛充分水解，水解率达99.0％以上。

技术特征：

1.一种高纯二氧化钛的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的高纯二氧化钛的制备方法，其特征在于，

3.如权利要求2所述的高纯二氧化钛的制备方法，其特征在于，

4.如权利要求1所述的高纯二氧化钛的制备方法，其特征在于，

5.如权利要求1所述的高纯二氧化钛的制备方法，其特征在于，

6.如权利要求1所述的高纯二氧化钛的制备方法，其特征在于，

7.如权利要求6所述的高纯二氧化钛的制备方法，其特征在于，

8.如权利要求6所述的高纯二氧化钛的制备方法，其特征在于，

9.如权利要求1所述的高纯二氧化钛的制备方法，其特征在于，

10.如权利要求9所述的高纯二氧化钛的制备方法，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种高纯二氧化钛的制备方法，包括以下步骤：S1.取四氯化钛缓慢与盐酸水溶液混合，反应得到含有二氯氧钛和盐酸的一次水解料；S2.将一次水解料与水混合在90～110℃下进行二次水解，水解后固液分离得到偏钛酸前驱体；S3.将偏钛酸前驱体煅烧，得到高纯二氧化钛。本申请首先将四氯化钛直接与限定浓度和用量条件下的盐酸水溶液在室温下混合反应，生成二氯氧钛和盐酸的混合溶液，然后再将二氯氧钛和盐酸混合溶液在限定高温条件下进行二次水解。该水解过程相比四氯化钛水溶液直接水解，不需在低温条件下反应，中间产物较少，反应容易控制，二氯氧钛充分水解，水解率达99.0％以上。

技术研发人员：许冉,曹青喜,张玉荣,王永珊,桑聪聪,刘永波,孙亮,李瑞瑞,陈彦君,王莉萍,周文静,宋运萍,李珍,李东亮,左姗姗,刘晓洁,贾晓波,杨雯雯,祝语,陈奎
受保护的技术使用者：龙佰集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17