高鈦渣制備二氧化鈦水解參數(shù)研究

隋麗麗，苗麗華，葛欣，巴林

(1．沈陽(yáng)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院化學(xué)教研室，遼寧 沈陽(yáng) 110034；2．計(jì)算機(jī)與數(shù)理教學(xué)部)

納米二氧化鈦其化學(xué)穩(wěn)定性好，在醫(yī)學(xué)方面，可用于抗菌、抗病毒和防霉、以及用于抗癌、光化學(xué)療法等[1-4]。目前鈦液水解的方法主要有3種：外加晶種加壓水解、外加晶種常壓水解、自生晶種稀釋法常壓水解[5-6]。自生晶種法影響鈦液水解率的因素有很多，如鈦液濃度、鐵鈦濃度比、F值、三價(jià)鈦濃度、攪拌速度、鈦液滴定速度、底水量、水解溫度、水解時(shí)間等。本實(shí)驗(yàn)選擇高鈦渣為原料，方法選用濃硫酸焙燒法，既節(jié)約成本又可以減少污染。實(shí)驗(yàn)得到的硫酸氧鈦溶液用于探索最佳的水解參數(shù)。本實(shí)驗(yàn)采用自生晶種法制備二氧化鈦，主要考察加料速度、底水量、水解溫度和水解時(shí)間等因素對(duì)鈦液水解率的影響。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料 采用四川某地高鈦渣，利用濃硫酸進(jìn)行焙燒得到熟料，經(jīng)過(guò)溶出得到硫酸氧鈦溶液用于水解實(shí)驗(yàn)，水解鈦液指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 水解鈦液指標(biāo)分析

1.2 實(shí)驗(yàn)原理 鈦液的水解過(guò)程一般都分為以下3步：(1)結(jié)晶中心的形成(晶核的形成階段)，這是可以測(cè)出來(lái)的最小粒子，它不能被打碎，只能被溶解。(2)晶核的成長(zhǎng)與水合二氧化鈦開(kāi)始析出的階段晶核成長(zhǎng)形成一次聚集體，聚集體大小取決于水解條件，可以被化學(xué)和機(jī)械力破碎。(3)水合二氧化鈦的凝聚沉析及沉淀物組成改變的階段，此時(shí)凝聚顆粒大小影響偏鈦酸的過(guò)濾和洗滌性能[7-8]。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法 先將硫酸氧鈦溶液預(yù)熱至70 ℃，將底水加熱至沸騰，置于一定溫度的恒溫水浴鍋中，在攪拌速度為300 r/min狀態(tài)下，將400 ml鈦液按一定速度滴加到底水中，加熱攪拌一定時(shí)間后抽濾，可得到偏鈦酸，在水解過(guò)程中要保持溶液的體積，適當(dāng)?shù)难a(bǔ)水；水解完畢后將得到的偏鈦酸粉末進(jìn)行酸洗、水洗、烘干；二氧化鈦的測(cè)定采用硫酸高鐵銨滴定法。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對(duì)二氧化鈦水解率的影響 在底水量為80 ml，加料時(shí)間為30 min，攪拌速度為300 r/min，水解時(shí)間為2 h的實(shí)驗(yàn)條件下，考察溫度對(duì)二氧化鈦水解率的影響。鈦液的水解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，因此升高溫度利于水解的進(jìn)行。低溫時(shí)硫酸氧鈦溶液很難發(fā)生水解。溫度越高，水解率越高。見(jiàn)圖1。

2.2 底水量的影響 底水量是指在自生晶種常壓水解工藝中，為了引發(fā)稀釋水解反應(yīng)而事先在水解鍋中加入的水量?？紤]到硫酸氧鈦溶液的特點(diǎn)，本次實(shí)驗(yàn)確定硫酸氧鈦溶液與水的比例為(5～9)∶1。在溫度100 ℃，鈦液的滴定時(shí)間為30 min，攪拌速度為300 r/min，水解時(shí)間為2 h的實(shí)驗(yàn)條件下，考察底水量對(duì)二氧化鈦水解率的影響。隨著底水的增加，水解率不斷的提高，當(dāng)?shù)姿窟_(dá)6∶1時(shí)水解率趨于平緩。見(jiàn)圖2。

2.3 加料速率的影響 加料速率是指將一定量的硫酸氧鈦溶液全部滴入到水解鍋中所需的時(shí)間。在水解的過(guò)程中自生晶種是在將硫酸氧鈦溶液加入水中到白色膠體物消失的那段時(shí)間形成的。本次實(shí)驗(yàn)確定的加料時(shí)間為10～40 min，鈦液體積為400 ml，在水解溫度為溫度100 ℃，底水量為67 ml，攪拌速度為300 r/min，水解時(shí)間為2 h的實(shí)驗(yàn)條件下考察加料速率對(duì)鈦液水解率的影響。從圖3可看出當(dāng)鈦液的滴定速度很慢時(shí)，水解率趨于平穩(wěn)，加料速率可采用40 ml/min。

2.4 水解時(shí)間的影響 本實(shí)驗(yàn)在底水量為67 ml，加料速率為40 ml/min，水解溫度為水浴100 ℃，攪拌速度為300 r/min的條件下，考察攪拌時(shí)間對(duì)鈦液水解率的影響。隨著沉鈦時(shí)間的增加，二氧化鈦的水解率是不斷增加的，當(dāng)沉鈦時(shí)間為90 min時(shí)，水解率最高，可達(dá)到95%，再延長(zhǎng)時(shí)間，水解率也沒(méi)有明顯的提高，見(jiàn)圖4。

圖1 溫度對(duì)鈦液水解率的影響

圖2 底水量對(duì)鈦液水解率的影響

圖3 加料速率對(duì)鈦液水解率的影響

圖4 水解時(shí)間對(duì)鈦液水解率的影響

2.5 洗滌 偏鈦酸經(jīng)過(guò)酸洗、水洗、抽濾、烘干后測(cè)定雜質(zhì)Fe的含量是0.03%，雜質(zhì)含量符合工業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，而且得到的偏鈦酸容易過(guò)濾。

綜上，硫酸氧鈦溶液水解的最佳條件為：底水量為67 ml(6∶1)、沉鈦溫度為水浴100 ℃、加樣速率為40 ml/min、水解時(shí)間為90 min，穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)硫酸氧鈦溶液水解率可達(dá)到95%。

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