KOH亚熔盐法制备钛酸钾晶须和二氧化钛
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一种制备钛酸钾(KTiO)的方法[发明专利]
![一种制备钛酸钾(KTiO)的方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s1/m/7d4a34840b1c59eef9c7b44a.png)
专利名称：一种制备钛酸钾（KTiO）的方法
专利类型：发明专利
发明人：吴海江,龚晨,杨飞英,朱家乐,何世杰,刘志勇,刘毅,黄宇翔
申请号：CN201911230469.3
申请日：20191205
公开号：CN110980801A
公开日：
20200410
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种制备钛酸钾（KTiO）的方法，包括以下步骤：S1:配置氢氧化钾溶液：将氢氧化钾溶解在一缩二乙二醇中配置浓度为2‑5mol/L的氢氧化钾溶液；S2:钛酸钾的制备：将TiAlN（或者TiAlC）置于氢氧化钾溶液中，搅拌子匀速搅拌，通氩气气氛加热，以制备钛酸钾；
S3：钛酸钾分离与提纯：通过去离子水在一定转速下离心洗涤一段时间后取下层沉淀得到钛酸钾；该方法有着能耗低、安全环保、操作简单省时、成本低廉等诸多优点，旨在于利用此方法提供一种钛酸钾应用于钠离子电池负极材料的方法。
申请人：邵阳学院
地址：422004 湖南省邵阳市大祥区七里坪邵阳学院
国籍：CN
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高钛渣熔盐制备二氧化钛清洁生产工艺中杂质分离基础研究的开题报告
高钛渣熔盐制备二氧化钛清洁生产工艺中杂质分离基础研究的开题报告一、研究背景及意义随着环保意识的加强和清洁产业的发展，二氧化钛成为了一种广泛应用的重要材料，特别是在涂料、塑料、橡胶、陶瓷等领域中，其应用前景非常广阔。
但是，传统的二氧化钛生产过程中存在较大的环境问题，主要表现为废水、废气和固体废弃物等方面。
为了减轻这些环境压力，研究人员开始探索更为环保、可持续的二氧化钛生产技术。
目前，熔盐法被认为是一种具有极大潜力的二氧化钛清洁生产工艺，因其可以使半氧化钛（TiO2）的分解和还原反应在较低的温度下进行，从而减少废气和能耗。
在熔盐法中，以钛渣为原料，在高温下熔融后与一定比例的氯化镁混合，通过还原、蒸馏等过程，最终制得二氧化钛产品。
然而，在这个过程中，钛渣中存在很多杂质，例如钠、铁、铝、镁等元素，这些杂质会影响熔次和产品质量，同时还会对环境造成影响。
因此，本研究旨在开展高钛渣熔盐制备二氧化钛二氧化钛清洁生产工艺中杂质分离基础研究，通过对钛渣中的杂质进行分离，提高二氧化钛的产量和质量，并减少环境污染。
二、研究内容和方法1. 现有钛渣中杂质的分析和表征：采用SEM、XRD、ICP-MS等仪器，对钛渣中的杂质进行表征与分析。
2. 各种杂质的分离技术研究：通过实验研究，探讨各种杂质的分离方法，比较它们的效果和适用性。
3. 杂质对二氧化钛产量和质量的影响研究：在不同杂质浓度和不同分离条件下，制备二氧化钛试样，并对其产量和质量进行测试和分析。
4. 研究最佳分离条件和分离后的杂质处置方式：在以上实验结果的基础上，选取最佳的分离条件和杂质处置方式，并进行可行性研究。
三、预期结果本研究旨在探索一种针对高钛渣熔盐制备二氧化钛清洁生产工艺中杂质分离的基础研究，预期能够获得以下结果：1. 确定现有钛渣中的主要杂质类型和浓度分布规律，为后续分离研究提供基础依据；2. 探索出适用于高钛渣熔盐制备二氧化钛的杂质分离方法，并确定其分离效率和适用性；3. 通过分离杂质，提供高品质和高产率的二氧化钛制备；4. 提出对分离后的杂质进行处置和综合利用的方法和方案，减少环境污染和资源浪费。
熔盐电解钛酸钙短流程制备金属钛及钛合金的
金属钛的性质与用途
金属钛的性质
金属钛具有轻质、高强度、耐腐蚀等特性，是航空、航天、医疗等领域的重要材料。
金属钛的用途
金属钛主要用于制造飞机、火箭、卫星等航空器，以及医疗器械、化工设备等领域。此外，钛合金也 是一种重要的钛基材料，具有更高的强度和更好的耐腐蚀性能，广泛应用于航空、海洋等领域。
03
熔盐电解钛酸钙制备钛合金
增加设备投入
采用先进的设备和工艺技术可以大幅提高产品质 量和产量。例如，引入现代化的熔盐电解设备和 技术可以增加产能、提高产品质量以及降低生产 成本等。
05
熔盐电解技术的前景及挑战
熔盐电解技术的优势与不足
优势
不足
高效节能：熔盐电解技术能够在较低的温度下进行，相比 传统的高温熔炼方法，具有更高的能源利用效率。
工业化应用
目前，熔盐电解技术已经在工业化生产中得到应用，特别是在钛及钛合金的生 产中。与传统的工艺相比，熔盐电解技术具有更高的生产效率和更低的成本。
熔盐电解应用领域
航空航天领域
医疗领域
由于金属钛具有优异的力学性能和耐 腐蚀性能，因此在航空航天领域得到 了广泛应用。通过熔盐电解技术制备 的金属钛及钛合金可以用于制造飞机 、火箭和卫星等高性能产品。
熔盐电解的电解质通常由多种盐类组成，这些盐类的比例 会对电解过程产生影响。通过优化电解质组成可以改善电 解效率，降低能耗和减少杂质。
优化电解电流
提高电解电流可以增加生产效率，但过高的电流可能会导 致能耗增加和电极腐蚀。因此，需要根据设备条件和生产 要求进行合理设置。
优化电极材料
电极材料的选取对熔盐电解过程的影响至关重要。通过选 用耐腐蚀、导电性能良好的电极材料可以延长电极使用寿 命，提高电解效率。
钾系亚熔盐法处理钛资源的应用基础研究的开题报告
钾系亚熔盐法处理钛资源的应用基础研究的开题报告一、选题背景钛资源是一种重要的工业原材料，广泛应用于航空、汽车、船舶、医疗、建筑、石化等众多领域。
目前，全球钛矿资源主要集中在澳大利亚、南非、加拿大、挪威等国家，其开采成本居高不下，同时钛资源的加工过程也比较复杂，使得钛资源的开发和利用面临着一定的难度和压力。
钾系亚熔盐法作为一种新型的钛资源加工技术，近年来备受学术界和产业界的关注。
该技术具有高效、环保、资源利用率高等优点，能够加快钛资源的提取和加工速度，提高钛资源的利用效率和降低生产成本。
但是，钾系亚熔盐法的研究仍处于起步阶段，其在钛资源方面的应用还需要进一步的探索和研究。
二、选题意义钛资源是一种重要的战略资源，其开采和利用对国家的经济和社会发展具有重要的意义。
采用传统的钛资源加工工艺制备的钛材料成本较高，同时对环境和生态造成一定的压力，限制了钛资源的进一步开发和利用。
钾系亚熔盐法作为一种新型的钛资源加工技术，可以提高钛资源的提取、加工速度，降低生产成本，同时对环境友好。
本研究旨在开展钾系亚熔盐法处理钛资源的应用基础研究，寻找其优化工艺，为钛资源的开发和利用提供新的技术方案。
三、研究内容和研究方法1.研究内容钾系亚熔盐法处理钛资源的基础研究，包括：(1) 钛矿石经钾系亚熔盐法处理的反应机理及过程分析；(2) 钾系亚熔盐法处理钛矿石的影响因素及其优化工艺；(3) 钾系亚熔盐法提取钛金属的工艺流程设计及其机理分析。
2.研究方法综合运用物理化学、材料科学、化工工艺等交叉学科的基础知识和实验技术进行研究。
具体包括：(1) 钛矿石经钾系亚熔盐法处理的反应动力学实验研究及其机理分析；(2) 钾系亚熔盐法处理钛矿石的实验研究，探究其工艺条件的优化和效果评价；(3) 钾系亚熔盐法提取钛金属的批量反应实验研究及其工艺流程设计。
四、预期成果和研究进展1.预期成果(1) 掌握钾系亚熔盐法处理钛资源的基本原理及其优化工艺；(2) 探究钾系亚熔盐法提取钛金属的工艺流程，设计高效、环保的钛资源加工技术；(3) 发表1-2篇学术论文，为钛资源的开发和利用提供技术支持。
氢氧化钠熔盐分解钛渣制备二氧化钛的热力学分析
氢氧化钠熔盐分解钛渣制备二氧化钛的热力学分析李洁;王勇;韩艳芳;齐涛【摘要】针对我国钛资源特色,采用NaOH熔盐对钛渣进行分解制备二氧化钛是一种生产钛白的新工艺.以酸溶性钛渣(70％＜TiO2含量＜80％)为原料,对其在氢氧化钠熔盐体系中的反应过程进行了系统的热力学计算与分析.钛渣的化学组分与物相分别采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)与X射线衍射(XRD)进行分析.研究结果表明,在400～1000 K范围内,钛渣中的主要矿物MgTi2O5、TiO2、FeTiO3与NaOH的反应在热力学上趋势很大.可以在极高的水分压、极宽的温度范围内进行.钛渣中的Ti、Al、Si、Cr在考察的温度范围内反应热力学趋势明显,生成相应的钠盐；而FeO、MnO被氧化为相应的高价化合物,Ca、Mg不参与反应.钛渣在反应过程(400～1000 K)中不会发生热分解,而是通过与NaOH反应破坏其矿相结构进行的分解.钛渣中的杂质Si与NaOH反应生成的硅酸钠易进入最终产品影响其应用性能,可根据计算结果考虑在低温下进行预脱除.钛渣中主要杂质的反应趋势与产物的系统分析为后续杂质分离获得适宜的工艺参数提供了相应的理论基础.%According to titanium resources in China, a new process for production of titanium dioxide by decoposing titanium slag with NaOH molten salt was proposed. The thermodynamics of decomposition of titanium slag (70%<TiO2 content<C 80%) was studied. The chemical components and phase analysis of the slag were characterized by inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES) and X-ray diffraction (XRD), respectively. The results show that in the new reaction system, the main minerals in the slag such as MgTi2Os, TiO2 and FeTiO3 have great tendency to react with NaOH molten salt in atemperature range of 400-1000 K, in which the pressure of H2O may be very high. Thermodynamic analysis indicates that elements Ti, Al, Si and Cr in the slag react easily and generate corresponding sodium salt in the temperature range. The analysis results also show that the decomposition of slag is not a thermal decomposition but a reaction decomposition with NaOH. FeO and MnO are oxided to high valence state compounds, while Ca and Mg do not react. The sodium silicate generated by Si and NaOH can enter the final product to affect the TiO2 performance. Based on the thermodynamic analysis, it may be considered to remove Si in the titanium slag by NaOH at low temperatures. The results provide a theoretical basis for impurity removal in the production.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2012(063)006【总页数】9页(P1669-1677)【关键词】酸溶性钛渣;氢氧化钠;熔盐;热力学分析【作者】李洁;王勇;韩艳芳;齐涛【作者单位】中国科学院过程工程研究所湿法冶金清洁生产技术国家工程实验室,北京100190;河北科技大学化学与制药工程学院,河北石家庄050031;中国科学院过程工程研究所湿法冶金清洁生产技术国家工程实验室,北京100190;北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083;中国科学院过程工程研究所湿法冶金清洁生产技术国家工程实验室,北京100190【正文语种】中文【中图分类】TF111.3钛资源主要以钛白粉、金属钛和钛合金等产品形式广泛应用于国民经济各行业［1－3］，钛白为最重要的白色颜料和填料，消耗90%以上的钛资源［4－5］。
熔盐电解法制备海绵钛工艺中TiO_2电极制备关键技术分析
熔盐电解法制备海绵钛工艺中TiO_2电极制备关键技术分析李珍;孙建科;常鹏北;罗志涛;邢朋飞;彭晖【期刊名称】《材料开发与应用》【年(卷),期】2010(0)1【摘要】熔盐电解法制备海绵钛所用电极,既是电的传导体,又是产品的来源。
在电极的制备过程中,既要保证电流的顺畅导通,又要满足熔盐渗入电极中的工艺要求,如何解决这两者之间的矛盾,是关系着该工艺能否有效实施的关键。
本文对上述问题进行了探索,通过理论分析及进行各种温度下电极的电阻系数、孔隙率的实验测定,找出制备电极的较好工艺。
并应用该优化工艺后的电极进行了电解实验,产品含钛量达到99.5%以上,结合试验结果对电源设备进行了改进,电解电流已达到了40安培以上,在工艺上实现了较大的突破。
【总页数】5页(P1-5)【关键词】二氧化钛;孔隙率;导电性;电解;钛【作者】李珍;孙建科;常鹏北;罗志涛;邢朋飞;彭晖【作者单位】哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院;中国船舶重工集团公司第七二五研究所【正文语种】中文【中图分类】TG146.23【相关文献】1.熔盐电解法制备金属钛工艺中TiO2电极性能研究 [J], 李珍;孙建科;常鹏北;罗志涛;邢鹏飞;彭晖2.熔盐电脱氧法制备金属钛中TiO_2电极孔隙率影响因素研究Ⅰ.粘结剂及成型工艺 [J], 李珍;孙建科;常鹏北;汤胜博;罗志涛;邢朋飞;彭晖3.熔盐电脱氧法制备金属钛中TiO_2电极孔隙率影响因素研究Ⅱ.烧结制度及造孔剂 [J], 李珍;孙建科;常鹏北;汤胜博;邢朋飞;罗志涛;彭晖4.钛渣熔盐反应制备TiO_2体系中水解制备偏钛酸过程研究 [J], 韩艳芳;孙体昌;徐承彦;曲景奎;齐涛;王桂玲5.真空条件下电解TiO_2制备海绵钛中TiO_2电极制备及工艺参数确定 [J], 刘国钦;邹敏;毛雪华;王琪琳;马光强因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
KOH亚熔盐法制备钛酸钾晶须和二氧化钛
KOH亚熔盐法制备钛酸钾晶须和二氧化钛
仝启杰;齐涛;刘玉民;王丽娜;张懿
【期刊名称】《过程工程学报》
【年(卷),期】2007(7)1
【摘要】研究了以高钛渣为原料、采用KOH亚熔盐法制备钛酸钾晶须和二氧化钛的新方法,探讨了反应温度、初始KOH浓度、反应时间和碱矿比等因素对钛酸钾晶须形貌的影响.实验结果表明,反应温度、反应时间和碱矿比对钛酸钾晶须的形貌影响较为显著,并得到长度约20～25μm、长径比约为15～20的钛酸钾晶须.钛酸钾在pH=10～12间水解并煅烧,制备了八钛酸钾晶须;在pH=1～3间水解并煅烧,制备了二氧化钛晶须.
【总页数】5页(P85-89)
【关键词】亚熔盐法;高钛渣;晶须;钛酸钾;二氧化钛
【作者】仝启杰;齐涛;刘玉民;王丽娜;张懿
【作者单位】中国科学院过程工程研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TQ134.11
【相关文献】
1.KCI熔盐法合成六钛酸钾晶须的研究 [J], 戴长浩;王玉娇;古亚军
2.从含钛电炉熔分渣制备纳米结构六钛酸钾晶须 [J], 于海洋;王艳飞;张乐号;刘静;刘璐璐;张梅;郭敏
3.熔盐法二氧化钛针状晶的制备及表征 [J], 于海洋;隋万美;翟会深;牟坤昌
4.一种生产钛酸钾系列晶须及二氧化钛晶须产品的合成制备方法 [J],
5.偏钛酸为钛源制备六钛酸钾晶须 [J], 李国昌;李思毛;黄英姿
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
KOH亚熔盐法分解钛铁矿
力，从而加速了钛铁矿分解. 当初始 KOH 浓度大于 80% (ω)时，钛铁矿的分解率随初始 KOH 浓度增大变化不大； 此外，初始 KOH 浓度增大不仅会增加能耗，而且会增 大操作难度，因此初始 KOH 浓度选 80%(ω)为宜. 3.1.2 温度的影响
在碱/矿比为 7:1、搅拌转速为 700 r/min 及 KOH 浓 度为 80%(ω)、反应时间为 3 h 的条件下，考察反应温度 对钛铁矿分解率的影响，结果如图 4 所示. 从图可以看 出，当反应温度低于 260 ℃时，随反应温度升高，钛铁 矿的分解率大幅度提高；而反应温度升高至 280 ℃，钛 铁矿的分解率又稍微降低. 原因在于温度升高，化学反 应速率及反应物、反应产物的扩散速率也随之加快，加 速了钛铁矿的分解；但温度过高会造成体系内水分大量 蒸发，KOH 浓度变大，反应物料的粘度增加，从而降 低反应速度，钛铁矿的分解率也不再增加. 此外，从图 还可以看出，反应温度低于 200 ℃，钛铁矿的分解率不 足 70%，故反应温度的合适范围应在 200∼260 ℃.
rate of ilmenite
3.1.4 碱/矿比的影响 碱/矿比不仅影响原料消耗、KOH 在流程中的循环
量、蒸发能耗，而且影响钛铁矿的分解速率. 在搅拌速 度为 700 r/min、反应温度为 200℃、初始碱浓度为 80%(ω) 的条件下考察了碱/矿质量比对钛铁矿分解率的影响，实 验结果如图 6 所示.
2 实验
2.1 实验原理 钛铁矿在 KOH 亚熔盐介质中反应生成钛酸钾的过
程是一个典型的液−固两相非催化反应，反应温度为 180∼280 ℃，钛铁矿在 KOH 亚熔盐中分解生成钛酸钾， 产物的 XRD 图(图 1)及组分分析表明，所得的钛酸钾为 K4Ti3O8，则钛铁矿在 KOH 亚熔盐中的分解反应可表示 为
一种高强度钛酸钾晶须的制备方法及其应用[发明专利]
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201610464891.5(22)申请日 2016.06.23(71)申请人 南通奥新电子科技有限公司地址 226600 江苏省南通市海安县高新区奥新路16号(72)发明人 席玉军 (74)专利代理机构 北京驰纳智财知识产权代理事务所(普通合伙) 11367代理人 蒋路帆(51)Int.Cl.C30B 7/14(2006.01)C30B 29/32(2006.01)C30B 29/62(2006.01)C30B 33/00(2006.01)(54)发明名称一种高强度钛酸钾晶须的制备方法及其应用(57)摘要本发明提供了一种高强度钛酸钾晶须的制备方法及其应用，高强度钛酸钾晶须的制备方法包括，步骤一：将二氧化钛和钾盐以及反应介质混合分散在聚丙烯酸钠水溶液中，并通过超声波震荡进行充分分散；步骤二：向二氧化钛和钾盐以及反应介质的混合液中加入氢氧化钾直至混合液中的聚丙烯酸钠全部沉淀；步骤三：将步骤二中的混合液的沉淀过滤除去，并通过微波干燥的方式进行将混合液进行干燥直至液体蒸发完全；步骤四：将步骤三中干燥之后的固体进行煅烧；步骤五：将步骤四中煅烧得到的固体用溶剂进行反复的洗涤，直至洗涤液中没有氯离子存在；步骤六：将步骤五中洗涤干净的固定进行烘干。
本发明制备成本低，制备得到的高强度钛酸钾晶须强度高。
权利要求书1页 说明书5页CN 106119950 A 2016.11.16C N 106119950A1.一种高强度钛酸钾晶须的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：将金红石型二氧化钛和钾盐以及氯化钾反应介质混合分散在聚丙烯酸钠水溶液中，并通过超声波震荡进行充分分散；步骤二：向二氧化钛和钾盐以及反应介质的混合液中加入氢氧化钾直至混合液中的聚丙烯酸钠全部沉淀；步骤三：将步骤二中的混合液的沉淀过滤除去，并通过微波干燥的方式将混合液进行干燥直至液体蒸发完全；步骤四：将步骤三中干燥之后的固体进行煅烧；步骤五：将步骤四中煅烧得到的固体用溶剂进行反复的洗涤，直至洗涤液中没有氯离子存在；步骤六：将步骤五中洗涤干净的固体进行烘干，得到高强度钛酸钾晶须最终产品。
一种熔盐电解TiO制备金属钛的方法[发明专利]
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810607896.8(22)申请日 2018.06.13(71)申请人 重庆大学地址 400030 重庆市沙坪坝区沙正街174号申请人 重庆京苔企业管理咨询有限公司(72)发明人 扈玫珑 屈正峰 胡蒙均 李朝东 赖平生 马通祥 高雷章 (74)专利代理机构 重庆信航知识产权代理有限公司 50218代理人 孔玲珑(51)Int.Cl.C25C 3/28(2006.01)C25C 7/04(2006.01)C25C 7/00(2006.01)(54)发明名称一种熔盐电解TiO 2制备金属钛的方法(57)摘要本发明公开了一种熔盐电解TiO 2制备金属钛的方法，该方法使用氧化铝材料在阴阳极或者坩埚上进行结构改进来隔离表面的阴阳极熔盐从而避免了熔盐表面上的黑色导电漂浮物直接与阴阳极相连接造成电流的空耗并达到提高电流效率和控制黑色的漂浮物污染熔盐和样品的目的。
本发明方法简单但是实际的效果显著，提高了FFC法熔盐电解制备金属钛及其他金属材料的电流效率。
权利要求书1页 说明书6页 附图3页CN 108441893 A 2018.08.24C N 108441893A1.一种熔盐电解TiO 2制备金属钛的方法，其特征在于，采用刚玉材质的电极区隔离器将熔盐隔离成阳区和阴极区，使TiO 2置于阴极区内进行电解。
2.根据权利要求1所述的熔盐电解TiO 2制备金属钛的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将TiO 2粉末并单向冷压压制成型，制得块状样品；2)将步骤1)制得的块状样品于空气气氛中置于马弗炉中烧结3～5h；所述马弗炉的温度控制在900～1200℃；3)将所述步骤2)中烧结后的块状样品固定在钢制电极棒上，得到装配阴极，备用；4)将所述电极区隔离器放置在装有无水氯化钙的刚玉坩埚内，所述电极区隔离器的底部开有通孔民，以使无水氯化钙透过所述电极区隔离器，使刚玉坩埚形成两个电极区，分别作为阳极区和阴极区；再将电解炉通氩气洗炉并持续通气氛，以保证氩气气氛，升高温度并控制在800～1050℃，得到熔盐体；然后将石墨电极作为阳极插入阳极区，以金属电极棒作为阴极插入阴极区，并施加直流电压于阴阳极之间进行预电解；5)取出金属电极棒，将步骤3)得到的装配阴极置于阴极区中，施加直流电压于阴阳极之间进行电解；直至电解电流降低并稳定至0.2A，停止电解并取出装配阴极，置于氩气气氛中随电解炉自然冷却至室温，得到电解后的装配阴极；6)将块状样品从电解后的装配阴极上取下，用清水洗去残留在其上的附着物后，置于烘箱中烘干，得到金属钛。
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收稿日期：2006−04−29，修回日期：2006−06−12 基金项目：国家自然科学基金资助项目(编号：50574084) 作者简介：仝启杰(1981−)，男，内蒙古乌兰察布盟丰镇市人，硕士研究生，化学工艺专业；齐涛，通讯联系人，E-mail: tqgreen@.
86
220℃
10 20 30 40 50 60 70 2θ (o)
图 2 不同反应温度下所得产物的 XRD 图谱 Fig.2 XRD patterns of the products obtained under
different temperatures
对反应温度 240 ℃、初始碱浓度 75%、反应时间 4 h、
然后将反应釜升温至设定温度，开通搅拌，使体系恒温 5 min. 按一定的碱矿比(KOH 与高钛渣的质量比)向反 应釜中加入高钛渣，反应一定时间后停止加热，将反应 体系逐渐降温至冷凝，取冷凝后的反应产物用乙醇进行 多次洗涤、过滤，除去 KOH，对所得钛酸钾晶须进行 干燥和分析.
称取一定量洗涤后的固体产物，放入锥形瓶中，以 固液比 1 g:100 mL 加入不同 pH 值的 HCl 或 KOH 水溶 液中，保持溶液的 pH 值并在恒温水浴震荡器中放置 24 h，然后过滤，用相同 pH 值的溶液洗涤之后进行干燥、 煅烧，再对所得煅烧产物进行分析.
图 4 分别为不同 KOH 浓度下，反应温度 240℃、 反应时间 4 h、碱矿比 8:1 时所得到钛酸钾晶须的 SEM
图. 由图可知，在不同初始 KOH 浓度下得到的钛酸钾 晶须形貌差别不大，分散都比较均匀，长度基本都在 20 μm 左右. 因此，可以认为初始 KOH 浓度对晶须形态的 影响不大. 但实验结果表明，初始 KOH 浓度对高钛渣 中钛的转化率有一定的影响，钛的转化率随初始 KOH 浓度的增加而有所增加. 所以，实验采用的初始 KOH 浓度为 80%.
2 实验
2.1 实验原理 高钛渣的组分主要为 TiO2，在 KOH 亚熔盐中发生
的主要反应为
nTiO2+2KOH→K2O⋅nTiO2+H2O.
反应条件为常压，反应完成后得到的固相组成为未反应 的 KOH 与反应得到的钛酸钾的混合物，用乙醇对反应 产物进行洗涤除去 KOH 后，得到结晶良好的钛酸钾晶 须. 2.2 原料与仪器
第1期
仝启杰等：KOH 亚熔盐法制备钛酸钾晶须和二氧化钛
87
重. 而当反应温度低于 240℃时，KOH 与高钛渣的反应 不完全，晶须生长情况开始变差. 综合考虑，由高钛渣 KOH 亚熔盐法反应制备钛酸钾晶须的最佳反应温度为 240℃，在此温度下得到的晶须长度约为 20∼25 μm，长 径比约为 15∼20. 3.2.2 初始 KOH 浓度对晶须形貌的影响
第 7 卷第 1 期 2007 年 2 月
过程工程学报 The Chinese Journal of Process Engineering
Vol.7 No.1 Feb. 2007
KOH亚熔盐法制备钛酸钾晶须和二氧化钛
仝启杰1,2， 齐 涛1， 刘玉民1,2， 王丽娜1， 张 懿1
(1. 中国科学院过程工程研究所，北京 100080；2. 中国科学院研究生院，北京 100049)
图 6 为不同碱矿比下，反应温度 240℃、初始 KOH 浓度 80%、反应时间 4 h 时所得钛酸钾晶须的 SEM 图.
可以看出，碱矿比为 4:1 和 6:1 时[图 6(a), 6(b)]，可以得 到一些生长良好的晶须，但是还有部分晶须生长状况很 差，而当碱矿比为 8:1 时[图 6(c)]，所得晶须生长均匀， 生长情况良好. 所以，碱矿比升高，钛酸钾晶须形态趋 于均匀，而碱矿比较低时会出现某些晶须生长良好，而 有很多呈现未结晶状态. 这是由于反应生成的钛酸钾为 不溶固体，当碱矿比较低时，钛酸钾与反应溶剂水的比 例增加，从而导致反应体系呈现固化；而碱矿比较高时， 钛酸钾固体在液相反应介质中能够较充分结晶，从而得 到形态较好的钛酸钾晶须. 3.3 钛酸钾水解性质
反应器为自制设备，由不锈钢制成，通过 KWT 型 可控硅温度控制器控温，用镍铬−镍硅热电耦测温，温 控精度为±2 ℃，反应器上装有回流冷凝管；搅拌转速由 D-8401-WZ 型数显控速搅拌机控制，实验装置见图 1. 2.3 实验步骤
称取一定量的分析纯固体氢氧化钾放入反应釜中， 加去离子水至设定浓度，开通回流冷凝管中的冷却水，
Ti
K Fe Cr Mg Mn Al Ca Si
30.58 33.51 1.32 0.23 0.30 0.97 1.09 0.46 0.70
3.2 产物晶须形貌的考察 3.2.1 反应温度对晶须形貌的影响
图 3 分别为不同反应温度下，初始 KOH 浓度 80%、 反应时间 4 h、碱矿比 8:1 时所得钛酸钾晶须的形貌. 由 图可以看出，在不同反应温度下得到的钛酸钾均为晶须 形态，但反应温度高于 240℃时得到的钛酸钾晶须结块 比较严重，生长不均匀[图 3(a), 3(b)]，并且较短. 而在 反应温度低于 240℃时[图 3(d)]所得到的晶须几乎没有 结块，但晶须生长不均匀，生长情况较差. 这是因为在 高温时 KOH 与高钛渣很容易反应，反应相对剧烈，很 快达到平衡，因而得到的晶须结晶效果较差、结块较严
(a)
(b)
(c)
(a) Reaction time 1 h
(b) Reaction time 2 h
(c) Reaction time 4 h
图 5 不同反应时间下所得钛酸钾晶须的 SEM 图 Fig.5 SEM photographs of the potassium titanate whiskers prepared under different reaction times
碱矿比为 8:1 时所得到的钛酸钾产品用乙醇洗涤、过滤、
干燥后进行化学组成分析，结果如表 2 所示. 可知，所
得的钛酸钾 K4Ti3O8(以 Ti 计)的含量为 91.41%，其他温 度下所得的钛酸钾晶须 K4Ti3O8 的含量也在 90%以上.
表 2 产物的元素组成
Table 2 Chemical composition of the product (%, ω)
3 结果与讨论
3.1 产物的物相鉴定及组成分析 对不同反应条件下所得钛酸钾产品用乙醇洗涤、
过滤、干燥后进行 XRD 分析，结果见图 2. 可以看出， 在反应温度 220∼280℃时，所得的钛酸钾产物均为结晶 良 好 的 K4Ti3O8 ， 未 发 现 其 他 钛 酸 钾 结 晶 相 的 峰 ，
240℃
1
8 7
过程工程学报
第7卷
2
3
1. AC adjustable voltage
speed controller
2. Agitator
3. Reflux condenser
4. Sampling point
5. Chief batch
6. Heating mantle
4 7. Thermocouple
摘 要：研究了以高钛渣为原料、采用 KOH 亚熔盐法制备钛酸钾晶须和二氧化钛的新方法，探讨了反应温度、初始
KOH 浓度、反应时间和碱矿比等因素对钛酸钾晶须形貌的影响. 实验结果表明，反应温度、反应时间和碱矿比对钛
酸钾晶须的形貌影响较为显著，并得到长度约 20∼25 μm、长径比约为 15∼20 的钛酸钾晶须. 钛酸钾在 pH=10∼12 间水
(a)
(b)
(a) Initial KOH 80% (ω)
(b) Initial KOH 75% (ω)
图 4 不同初始 KOH 浓度下所得钛酸钾晶须的 SEM 图 Fig.4 SEM photographs of the potassium titanate whiskers prepared under different initial KOH concentrations
中国科学院过程工程研究所首次提出亚熔盐法钛 清洁冶金新工艺，完全不同于硫酸法和氯化法，可以在 低温下高效高选择性转化钛铁矿中的钛为钛酸盐，而惰 性铁、镁、钙等有价元素不与亚熔盐体系反应而形成渣 相，实现钛酸盐与弱磁性铁渣的高选择性分离，铁渣可 进一步资源化. 在前期研究的基础上，本工作首次以高 钛渣为原料，采用 KOH 亚熔盐法制备三钛酸钾中间体， 经水解制备高附加值八钛酸钾晶须，或水解制备二氧化 钛，开拓了二氧化钛和钛酸钾晶须制备的新途径.
本实验使用 X′Pert PRO MPD 型 X 射线衍射仪分别 对不同条件制备得到的样品进行分析，分析电压 40 kV， 电流 30 mA，扫描范围 5o∼70o. 用日本 JEOL-JSM-6700 F 场发射扫描电镜观察钛酸钾晶须的形貌，用 ICP−OES 原子发射光谱仪对产物的元素组成进行分析.
实验中所用 KOH 为分析纯试剂，所用高钛渣的化 学成分如表 1 所示.
表 1 高钛渣的化学成分
Table 1 Chemical composition of titaniferous slag
Element
Hale Waihona Puke Ti Fe Cr Mg Mn Al Ca Si
Content (%, ω) 54.75 1.77 0.08 0.35 0.93 0.97 0.58 0.76
8. Temperature controller
5
即在此反应温度范围内，高钛渣与 KOH 亚熔盐反应的 产物为钛酸钾 K4Ti3O8.
□ □
● ●
□
□ K Ti O 4 38
□
□
□ □□
□
□□□□
□
□□
● Unknown □ 280℃
260℃
Intensity (a.u.)
6 图 1 反应装置图 Fig.1 Experimental apparatus