[發明專利]一種從含鈦電爐熔分渣中制備六鈦酸鉀納米晶須的方法

有效

• 申請號: 201210497092.X
• 申請日: 2012-11-28
• 公開（公告）號: CN102925981A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 郭敏;張梅;于海洋;王艷飛;張樂號;劉靜
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C30B29/32
• 分類號: C30B29/32;C30B29/62;C30B7/10
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

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技術領域

本發明屬于無機材料制備領域，特別涉及水熱堿法-酸液冷凝回流-煅燒從含鈦電爐熔分渣中制備高品質六鈦酸鉀納米晶須的方法。

背景技術

我國攀西地區蘊藏著豐富的釩鈦磁鐵礦資源，保有儲量在100億t以上。攀枝花目前對釩鈦磁鐵礦的利用主要采用高爐流程，回收了鐵和釩，鈦則以二氧化鈦形式進入高爐渣(TiO₂質量分數在22%左右)。除高爐冶煉流程外，直接還原工藝在綜合處理攀枝花釩鈦磁鐵礦時有很大的技術優勢，由此產生的含鈦電爐熔分渣也越積越多。含鈦鐵礦石經直接還原（是指在低于熔化溫度之下，將鐵礦石還原成海綿鐵的煉鐵生產過程）后，再放入電弧爐進行熔分，原料中的Fe、V進入鐵液中，Ti進入渣中形成含鈦電爐熔分渣，渣中的Ti含量達到51%左右。

含鈦高爐渣的基礎性研究已經比較成熟。（張悅，楊合等，用含鈦高爐渣制備肥料[J]，東北大學學報：自然科學版，2010（8）；鄒興禮，魯雄剛，攀枝花含鈦高爐渣直接制備鈦合金[J]，中國有色金屬學報，2010，20（9）；孫康，吳建輝，相分離法處理攀鋼高爐渣新工藝基礎研究[J]，鋼鐵釩鈦，2000，21（3）：55；）但針對含鈦電爐熔分渣的研究還比較少，在機理研究以及工藝參數的確定方面仍有大量的工作需要完成。

目前，含鈦電爐熔分渣主要用于生產制備鈦白粉。我們前期申請的發明專利“一種由含鈦電爐熔分渣制備一維納米結構二氧化鈦的方法”（公開號：CN102409179?A）主要涉及采用水熱法，通過加入氫氧化鈉溶液，從含鈦電爐熔分渣中提取制備納米結構二氧化鈦光催化劑。然而截至到目前為止，將含鈦電爐熔分渣作為反應原料直接制備高品質六鈦酸鉀納米晶須的工藝還未見報道。此外，鑒于六鈦酸鉀晶須傳統制備方法存在的缺陷已嚴重限制了該材料在工業上的應用，而且六鈦酸鉀的合成通常采用金紅石型TiO₂等純物質為原料，生產成本較高，因此，尋找低成本六鈦酸鉀晶須的合成方法已經成為當前研究的熱點。

發明內容

本發明目的是要解決攀鋼含鈦電爐熔分渣的堆積問題，同時降低六鈦酸鉀晶須的生產成本，提高經濟收益。

一種從含鈦電爐熔分渣中制備六鈦酸鉀納米晶須的方法，其特征在于所用原料為：含鈦電爐熔分渣；制得的材料為納米結構的六鈦酸鉀晶須；依次包括如下步驟：

（1）將含鈦電爐熔分渣粉碎、磨細后與濃度為9~12?mol·L^-1氫氧化鉀溶液混合，攪拌均勻后，放入水熱反應釜中，將其加熱到180~200?℃，保溫18~24?h，隨爐冷卻1?h后，打開反應釜，將其中的溶液和沉淀傾倒于干凈的離心杯中，以1500~3000?r·min^-1的轉速離心5~10?min，離心結束后棄去上清液，加入適量去離子水重復離心操作至上清液pH為7～8。

（2）過濾后將濾渣放入干燥箱中，在70~80?℃下干燥1~2?h。

（3）向燒瓶中加入步驟（2）干燥后所得濾渣，再倒入1.5?mol·L^-1HCl溶液，使濾渣和HCl溶液質量體積比為0.6?g:200?ml，超聲10~15?min后冷凝回流6~8?h。

（4）將步驟（3）燒瓶中所有物質轉移進離心杯，以4000~4800?r·min^-1的轉數離心5~10?min，離心分離后，將白色濾渣在干燥箱中于70~80?℃下干燥1~2?h。

（5）將步驟（4）干燥后的白色濾渣轉移到燒杯中，與適量的氫氧化鉀固體按照摩爾比1.75:1~2:1混合后，加入適量去離子水電磁攪拌15~30?min。

（6）將步驟（5）攪拌后的混合物放入氧化鎂坩堝中，在馬弗爐中于1050~1100?℃煅燒5~6?h，隨爐冷卻至室溫得到六鈦酸鉀。

（7）將步驟（6）煅燒后得到的六鈦酸鉀用去離子水煮2~4?h后，放入干燥箱中于70~80?℃下干燥1~2?h得到最終純凈的六鈦酸鉀納米晶須。

所述步驟（5）中干燥后的濾渣尺寸均一，為一維納米棒狀結構，棒長為200-350?nm，棒直徑為35-50?nm。

所述步驟（6）中的煅燒階段混合物中所用的氫氧化鉀能夠用碳酸鉀替代。

所述步驟（6）煅燒后得到的六鈦酸鉀也可以采用冷凝回流方式水浸1~2?h最終得到純凈的六鈦酸鉀納米晶須。

所述步驟（7）中的最終產物為六鈦酸鉀納米晶須，其直徑約為150~200?nm，長度約為10~15?μm。