二氧化钛的制方法.doc

1.3二氧化钛的制备方法 1.3.1 常规二氧化钛制备方法 二氧化钛的工业化生产方法有两种：硫酸法和氯化法。 1）硫酸法 用硫酸酸解含钛矿物，得到硫酸氧钛溶液，经纯化和水解得到偏钛酸沉淀，再进入转窑焙烧产出二氧化钛颜料产品，是非连续生产工艺，工艺流程复杂，需要20道左右的步骤，排放废弃物较多。晶型转变需更多操作步骤，采用的焚烧工艺需要消耗大量能源[9]。 硫酸法工艺主要包括以下几个步骤： 除杂：Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O, TiO2+2H2SO4=Ti(SO4)2+2H2O 然后：Fe+Fe2(SO4)3=3Fe2 SO4 调PH至5-6，使Ti(SO4)2水解：Ti(SO4)2+3H2O=H2TiO3↓+2H2SO4 过滤沉淀加热得到TiO2：H2TiO3= TiO2+H2O↑ 2）氯化法 氯化法是以钛铁矿、高钛渣、人造金红石或天然金红石等与氯气反应生成四氯化钛，经精馏提纯，再进行气相氧化；速冷后，经过气固分离得到二氧化钛。由于没有转窑焙烧工艺形成的烧结，其二氧化钛原级粒子易于解聚，所以在产品精制的过程较硫酸法大幅度节省能量[10]。 氯化法工艺主要包括以下几个步骤： 先用盐酸除杂：Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O 过滤洗涤然后加焦炭和氯气：TiO2 (粗)+C+2Cl2=TiCl4(气)+CO2 冷却、收集TiCl4 (液)小心水解：TiCl4+3H2O =H2TiO3+4HCl 加热提纯得到精制二氧化钛：H2TiO3=TiO2(精)+H2O↑ 1.3.2 微细二氧化钛的制备工艺 粉体的超微细加工通常有物理方法和化学方法两大类。物理加工法是将粗粒子粉碎得到微粉体的方法。虽然目前粉碎技术已有改进，但粉碎过程很容易混入杂质，很难制备1μm以下的超微粒子。化学法是由离子、原子形核，然后再长大，分两步过程制备微粒子的方法，这种方法易得到粒径1μm以下的超微粒子。微细二氧化钛的制备主要包括气相法和液相法。气相法是指直接利用气体或采用激光、电子束照射等方法将原料变为气体或离子体，使之在气体状态下发生化学或物理变化，然后再经冷却、凝结、长大等过程制备微细颗粒的方法，由于气相法生产成本较高，一般用来生产纳米二氧化钛。液相法是指反应在溶液中，通过各种手段使溶质形成大小一定的颗粒，再经热处理后得到二氧化钛粉体。液相法主要有：沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法、微乳液法、水解法等。下面就国内外气相法和液相法制备微细二氧化钛的研究进展及现状进行简要介绍。 1）气相法 ①四氯化钛气相法 此方法是将氧气和氮气的混合气体通过TiCl4的蒸发器，预热到435℃，调制成反应用混合气体后送到反应器，TiCl4和氧气在900~1400℃时开始反应，反应后经气固分离得到微细二氧化钛。该工艺控制条件复杂，目前仍处于实验室小试阶段，有许多诸如反应器的结构设计等问题还有待解决，它的主要优点是自动化程度比较高，可制备优质二氧化钛粉体[11]。 ②钛醇盐气相水解法 该工艺最早是由麻省理工学院开发成功的，可用来生产单分散球形纳米二氧化钛，该工艺已经在日本曹达公司和出光兴产公司实现工业化生产，其工艺流程为：利用氮气、氧气或空气作载气，把钛醇盐蒸汽和水蒸气分别导入到反应器的反应区，进行瞬间混合和快速水解反应。通过改变反应区内各种蒸汽的停留时间、浓度、流速及反应温度等来调节纳米二氧化钛的粒径和粒子形状。制备的纳米二氧化钛粉体纯度高、分散性好、团聚少、表面活性大，特别适用于精细陶瓷、催化剂材料、电子材料。该工艺的特点是操作温度较低、能耗小，对材质要求不高，并可以连续化生产。但工艺过程需瞬间完成，要求反应物料在极短的时间内达到微观上的均匀混合，因此，对反应器的类型、加热方式、进料方式均有很高的要求[12]。 ③钛醇盐气相沉积法 先将钛醇盐加热气化，用温度高达数百度的惰性气体(如氮气、氦气)做载气， 把钛醇盐蒸汽预热后导入热分解炉进行热分解反应，不燃烧即可分解成微细粉末。该法生产的纳米二氧化钛可用作吸附剂、光催化剂和化妆品添加剂等。为增加所生成纳米二氧化钛的耐候性，可向热分解炉中同时导入易挥发的金属化合物(如铝、锆等)蒸汽，使纳米二氧化钛粉体制备和表面处理同时进行[13]。 2)液相法 液相法具有合成温度低、设备简单、易操作、成本低等优点，是目前实验室 和工业上广泛采用的制备微细粉体的方法。这里主要就液相法制备微细二氧化钛粉体的文献进行总结和概述[14]。 ① 液相沉淀法 反应机理如下： H2N-CO-NH2→NH4OH+CO2↑ 4NH4OH +Ti(SO4)2→Ti(OH)4↓+2(NH4)2SO4 Ti(OH)4→TiO2+H2O 沉淀法制备微细二氧化钛，一般以无机钛盐为原料，如四氯化钛、硫酸氧钛、硫酸钛等，先制成可溶