一種用含鈦原料制備鈦白復合材料的方法

專利名稱：一種用含鈦原料制備鈦白復合材料的方法
技術領域：
本發明屬于復合材料的制備技術范圍，特別涉及對低品位含鈦原料利用的一 種用含鈦原料制備鈦白復合材料的方法，具體說是將含鈦原料經過粉碎、活化后，
表面包覆Ti02晶粒制備鈦白復合材料的方法。
背景技術：
我國的鈦資源特點是鈦鐵共存，經過選礦后的鈦精礦品位低，而且有大量
鈦進入鐵精礦，最后形成鈦含量約25%左右的含鈦高爐渣，數據顯示己經累計堆 放5000萬噸。從此類低鈦原料如含鈦高爐渣、鈦鐵礦、鈦精礦中提取鈦具有工 藝路線長，污染嚴重等負面問題，而隨著高品位資源的逐步減少，低品位鈦資源 的合理利用問題就具有長遠的戰略意義。如含鈦高爐渣的再利用問題，大多數人 都采用提鈦的方法，如有人用于冶煉硅鐵合金，有人采用改變渣罐中的物理化學 條件使某含鈦晶體長大富集等方法進行利用研究，也有人采用濃硫酸酸解鈦渣， 再將鈦轉移到溶液中經水解提取鈦，但是各種方法都存在缺陷，如處理量低、工 藝復雜、環境污染嚴重等。
基于鈦白具有的各種優良性能而廣泛用于涂料、塑料、造紙、化纖、油墨、 橡膠、電子工業、化妝品、電焊條、搪瓷、陶瓷和冶金等諸多領域。隨著世界經 濟的發展和人類科技的進步，鈦白粉的應用領域將會越來越廣，其市場需求將越 來越大，鈦白粉有著極其寬廣的發展和應用前景。為降低成本、減少環境負荷， 復合鈦白的研究有升溫的趨勢，但是，大多數的包覆改型方法制備的復合鈦白， 其基料都是采用廉價的礦物材料，二者的界面存在著缺陷使其結合度—和包覆效果 不很理想，難以制備優質的復合鈦白。
本研究采用含鈦原料制備復合鈦白。因為原料內部含有鈦元素，經過機械力 活化后，使鈦溶液水解形成的Ti02更容易在其活化的顆粒表面形核和結晶，制備 的復合顆粒結構更趨于完整結構，可以作為鈦白的替代材料。對合理利用低品位 鈦資源，開發其高附加值利用具有重要意義。

發明內容
本發明的目的是針對已有低品位含鈦材料提取鈦方法中存在的缺點，提供利
用粉磨、活化后包覆Ti02晶粒制備復合顆粒，使低品位鈦材料高附加值應用的一
種用含鈦原料制備鈦白復合材料的方法，具有能耗低，生產效率高，適合大規模
生產等特點。
所述用含鈦原料制備鈦白復合材料的方法，其特征在于，制備工藝如下
(1) 含鈦原料粉磨、活化，加工成平均粒徑為1-30um的活性含鈦原料細
粉；
(2) 將含鈦原料細粉放入0.05mol/L-0.45mol/L濃度的含鈦溶液中，固液 比為lg : 2-3. 5ml，恒溫水浴加熱到40-80°C，使鈦溶液水解形成的Ti02晶粒；
(3) 以濃氨水調節體系pH值為6-9，在2000轉/min -4000轉/min的速度 下攪拌0.5小時；
(4) 用0. 5 mol/L -4. 5 mol/L的NaOH溶液調整體系pH值為7. 5-13，陳化 2 6小時，則在含鈦原料表面包覆Ti02晶粒，表面包覆層的Ti02晶粒粒徑為 5-35nra;
(5) 產物經過濾、去離子水洗滌、12(TC干燥處理，即得到具有核-殼結構 的鈦白復合材料。
所述含鈦原料為含有多種礦物組成的鈦鐵礦、鈦精礦、含鈦高爐渣、富鈦渣、
高鈦渣或單一組成的富鈦料。
所述含鈦原料的活化是采用機械力活化和含鈦溶液活化相結合的方法 所述含鈦溶液為工業制備鈦白的中間產物硫酸氧鈦溶液或硫酸鈦溶液。 所述含鈦原料的活化是采用機械破碎、球磨，加工成平均粒徑為1-30^ m的
活性含鈦原料細粉，然后和含鈦溶液水解活化相結合。 本發明與已有技術相比，具有如下有益效果
l.含鈦原料經過超細粉磨和活化后，表面的Ti可作為形核中心，使鈦液中 的Ti02晶粒形核長大，得到超細含鈦原料的粒子表面包覆一層Ti02晶粒形成核-殼結構的復合粒子；該復合粒子中Ti02的質量比為2%-25%;該復合粒子遮蓋率70-95%;該復合粒子中表面包覆層的Ti02晶粒粒徑為5-35nm。與采用其他基質 材料制備的復合鈦白相比，具有質量好、遮蓋率高的特點；
2. 含鈦原料制備的復合鈦白與硫酸法鈦白相比，大大節省了鈦液的使用，并 降低廢棄物的排放；
3. 采用含鈦原料制備復合鈦白，與其他提鈦方法利用低品位鈦原料相比，具 有工藝簡單、處理量大、污染少等優點，是低品位鈦原料如含鈦高爐渣再利用的 創新方法和思維，為其高附加值利用提供新思路。
具體實施例方式
本發明提供一種用含鈦原料制備鈦白復合材料的方法。采用機械力超細粉 磨、活化和藥劑活化相結合的方法將含鈦原料的活化、水解形成含Ti02晶粒的溶 液，經過攪拌、陳化，則在含鈦原料表面包覆Ti02晶粒，得到超細含鈦原料的粒 子表面包覆一層Ti02晶粒形成核-殼結構的復合粒子，經過濾、去離子水洗滌、 12(TC干燥處理，即得到具有核-殼結構的鈦白復合材料。下面列舉實施例，對本 發明進一歩予以說明。
實施例1
采用含鈦高爐渣制備具有核-殼結構的鈦白復合材料的步驟
(1) 含鈦高爐渣原料經鄂式破碎機粗碎，再用萬能粉磨機粗粉磨至60目左右。
(2) 通過球磨機將上述60目粗粉磨球磨至平均粒徑為l-30u m的活性超細
粉；
(3) 將1-30u m活性含鈦高爐渣超細粉放入0. lmol/L濃度的硫酸鈦溶液 中，固液比為lg : 2ml，恒溫水浴加熱到80°C，使鈦溶液水解形成的Ti02晶粒；
(4) 濃氨水調節體系pH值為6，在2000轉/min速度下攪拌0.5小時；
(5) 用4. 5 mol/L的NaOH溶液調整體系pH值為13，陳化2小時，則在含
鈦原料表面包覆Ti02晶粒；
(6) 產物經采用板框壓濾機過濾、去離子水洗滌、12(TC干燥、打散機打散，
即得到具有核-殼結構的鈦白復合材料。
經過分析計算的復合粒子中Ti02的質量比為2%-25%;表面包覆層的Ti02晶 粒粒徑為5-35nm;及復合粒子遮蓋率70-95%。 實施例2
采用鈦精礦制備具有核-殼結構的鈦白復合材料的方法，工藝步驟
(1) 用球磨機將含鈦精礦加工成平均粒徑為1-30 u m的活性超細粉；
(2) 將鈦精礦超細粉放入0. 45mol/L的硫酸鈦溶液中，固液比為lg : 2. 5ml， 恒溫水浴加熱到70°C ，使鈦溶液水解形成的Ti02晶粒；
(3) 濃氨水調節體系pH值為6，在2000轉/min速度下攪拌0. 5小時；
(4) 用4. 5 mol/L的NaOH溶液調整體系pH值為7. 5，陳化3小時，則在含
鈦原料表面包覆Ti02晶粒；
(5) 產物經采用板框壓濾機過濾、去離子水洗滌、12(TC干燥、打散機打散， 即得到具有核-殼結構的鈦白復合材料。
經過激光粒度分析儀檢測樣品平均粒徑為45-85nm;分析計算的復合粒子中 Ti02的質量比為2%-25%;表面包覆層的Ti02晶粒粒徑為5-35nm;及復合粒子遮 蓋率70-95%。
實施例3
采用鈦鐵礦制備具有核-殼結構的鈦白復合材料的步驟
步驟(1)、 (2)與實施例1相同，將鈦鐵礦加工成平均粒徑為1-30u m的活 性超細粉；
(3) 將鈦鐵礦超細粉放入0. 30mol/L的硫酸鈦溶液中，固液比為lg : 3ml， 恒溫水浴加熱到60°C ，使鈦溶液水解形成的Ti02晶粒；
(4) 濃氨水調解體系pH值為6，在3000轉/min速度下攪拌0. 5小時；
(5) 用4. 5 mol/L的NaOH溶液調整體系pH值為9，陳化4小時，則在含鈦 原料表面包覆Ti02晶粒；
(6) 產物經采用板框壓濾機過濾、去離子水洗滌、12(TC干燥、打散機打散， 即得到具有核-殼結構的鈦白復合材料。
經過激光粒度分析儀檢測樣品平均粒徑為45-85nm;分析計算的復合粒子中
Ti0'2的質量比為2%-25%;及復合粒子遮蓋率70-95%。 實施例4
采用富鈦渣制備具有核-殼結構的鈦白復合材料步驟
步驟(1)、 (2)與實施例1相同，將鈦鐵礦加工成平均粒徑為1-30ii m的活 性超細粉；
(3) 將富鈦渣超細粉放入0. 05mol/L的硫酸鈦溶液中，固液比為lg : 3. 5ml， 恒溫水浴加熱到40°C ，使鈦溶液水解形成的Ti02晶粒；
(4) 濃氨水調節體系pH值為6，在2500轉/min速度下攪拌0. 5小時；
(5) 用4. 5 mol/L的NaOH溶液調整體系pH值為11，陳化5.5小時，則在 含鈦原料表面包覆Ti02晶粒；
(6) 產物經采用板框壓濾機過濾、去離子水洗滌、120。C干燥、打散機打散， 即得到具有核-殼結構的鈦白復合材料。
權利要求
1.一種用含鈦原料制備鈦白復合材料的方法，其特征在于，制備工藝如下(1)含鈦原料粉磨、活化，加工成平均粒徑為1-30μm的活性含鈦原料細粉；(2)將含鈦原料細粉放入0.05mol/L-0.45mol/L的含鈦溶液中，固液比為1g∶2-3.5ml；恒溫水浴加熱到40-80℃，使鈦溶液水解形成的TiO2晶粒；(3)以濃氨水調節體系pH值為6-9，在2000轉/min-4000轉/min的速度下攪拌0.5小時；(4)用0.5mol/L-4.5mol/L的NaOH溶液調整體系pH值為7.5-13，陳化2～6小時，則在含鈦原料表面包覆TiO2晶粒；(5)產物經過濾、去離子水洗滌、120℃干燥處理，即得到具有核-殼結構的鈦白復合材料。
2. 根據權利要求1所述含鈦原料制備鈦白復合材料的方法，其特征在于，所 述含鈦原料為含有多種礦物組成的鈦鐵礦、鈦精礦、含鈦高爐渣、富鈦渣、高鈦 渣或單一組成的富鈦料。
3. 根據權利要求1所述含鈦原料制備鈦白復合材料的方法，其特征在于，所 述含鈦原料的活化是采用機械破碎、球磨，加工成平均粒徑為1-30ii m的活性含 鈦原料細粉，然后和含鈦藥劑水解活化相結合。
4. 根據權利要求1所述含鈦原料制備鈦白復合材料的方法，其特征在于，包 覆在含鈦原料表面的Ti02晶粒由含鈦溶液水解后得到。
5. 根據權利要求1或4所述含鈦原料制備鈦白復合材料的方法，其特征在于， 所述含鈦溶液為工業制備鈦白的中間產物硫酸氧鈦溶液或硫酸鈦溶液。
6. 根據權利要求1所述的含鈦原料制備鈦白復合材料的方法，其特征是其含 鈦原料表面包覆Ti02晶粒的復合顆粒中Ti02的質量比為2%-25%
7. 根據權利要求6所述的含鈦原料制備鈦白復合材料的方法，其特征是其復 合顆粒遮蓋率70-95%。
8. 根據權利要求1所述的含鈦原料制備鈦白復合材料的方法，其特征是其復 合粒子中表面包覆層的Ti02晶粒粒徑為5-35nm。
全文摘要
本發明公開了屬于復合材料的制備技術范圍的涉及對低品位含鈦原料利用的一種用含鈦原料制備鈦白復合材料的方法。采用機械力超細粉磨、活化和藥劑活化相結合的方法將含鈦原料的活化、水解形成含TiO₂晶粒的溶液，經過攪拌、陳化，則在含鈦原料表面包覆TiO₂晶粒，得到超細含鈦原料的粒子表面包覆一層TiO₂晶粒形成核-殼結構的復合粒子，經過濾、去離子水洗滌、120℃干燥處理，即得到具有核-殼結構的鈦白復合材料。與采用其他基質材料制備的復合鈦白相比，具有質量好、遮蓋率高的特點；大大節省了鈦液的使用，并降低廢棄物的排放；與其他提鈦方法利用低品位鈦原料相比，具有工藝簡單、處理量大、污染少等優點。
文檔編號C01G23/00GK101168449SQ20071017573
公開日2008年4月30日 申請日期2007年10月11日 優先權日2007年10月11日
發明者劉曉華, 宿建平, 蓋國勝, 隋智通 申請人:內蒙古工業大學