高鈦渣制備二氧化鈦水解參數研究

隋麗麗，苗麗華，葛欣，巴林

(1．沈陽醫學院基礎醫學院化學教研室，遼寧 沈陽 110034；2．計算機與數理教學部)

納米二氧化鈦其化學穩定性好，在醫學方面，可用于抗菌、抗病毒和防霉、以及用于抗癌、光化學療法等[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、三價鈦濃度、攪拌速度、鈦液滴定速度、底水量、水解溫度、水解時間等。本實驗選擇高鈦渣為原料，方法選用濃硫酸焙燒法，既節約成本又可以減少污染。實驗得到的硫酸氧鈦溶液用于探索最佳的水解參數。本實驗采用自生晶種法制備二氧化鈦，主要考察加料速度、底水量、水解溫度和水解時間等因素對鈦液水解率的影響。

1 材料與方法

1.1 實驗材料 采用四川某地高鈦渣，利用濃硫酸進行焙燒得到熟料，經過溶出得到硫酸氧鈦溶液用于水解實驗，水解鈦液指標見表1。

表1 水解鈦液指標分析

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

1.3 實驗方法 先將硫酸氧鈦溶液預熱至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狀態下，將400 ml鈦液按一定速度滴加到底水中，加熱攪拌一定時間后抽濾，可得到偏鈦酸，在水解過程中要保持溶液的體積，適當的補水；水解完畢后將得到的偏鈦酸粉末進行酸洗、水洗、烘干；二氧化鈦的測定采用硫酸高鐵銨滴定法。

2 結果與分析

2.1 溫度對二氧化鈦水解率的影響 在底水量為80 ml，加料時間為30 min，攪拌速度為300 r/min，水解時間為2 h的實驗條件下，考察溫度對二氧化鈦水解率的影響。鈦液的水解反應是吸熱反應，因此升高溫度利于水解的進行。低溫時硫酸氧鈦溶液很難發生水解。溫度越高，水解率越高。見圖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，為了引發稀釋水解反應而事先在水解鍋中加入的水量。考慮到硫酸氧鈦溶液的特點，本次實驗確定硫酸氧鈦溶液與水的比例為(5～9)∶1。在溫度100 ℃，鈦液的滴定時間為30 min，攪拌速度為300 r/min，水解時間為2 h的實驗條件下，考察底水量對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，當底水量達6∶1時水解率趨于平緩。見圖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間。在水解的過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間形成的。本次實驗確定的加料時間為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，水解時間為2 h的實驗條件下考察加料速率對鈦液水解率的影響。從圖3可看出當鈦液的滴定速度很慢時，水解率趨于平穩，加料速率可采用40 ml/min。

2.4 水解時間的影響 本實驗在底水量為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，考察攪拌時間對鈦液水解率的影響。隨著沉鈦時間的增加，二氧化鈦的水解率是不斷增加的，當沉鈦時間為90 min時，水解率最高，可達到95%，再延長時間，水解率也沒有明顯的提高，見圖4。

圖1 溫度對鈦液水解率的影響

圖2 底水量對鈦液水解率的影響

圖3 加料速率對鈦液水解率的影響

圖4 水解時間對鈦液水解率的影響

2.5 洗滌 偏鈦酸經過酸洗、水洗、抽濾、烘干后測定雜質Fe的含量是0.03%，雜質含量符合工業生產標準，而且得到的偏鈦酸容易過濾。

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、水解時間為90 min，穩定性實驗硫酸氧鈦溶液水解率可達到95%。

參考文獻：

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