專利名稱：一種用含鈦原料制備鈦白復(fù)合材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于復(fù)合材料的制備技術(shù)范圍，特別涉及對(duì)低品位含鈦原料利用的一 種用含鈦原料制備鈦白復(fù)合材料的方法，具體說(shuō)是將含鈦原料經(jīng)過(guò)粉碎、活化后，
表面包覆Ti02晶粒制備鈦白復(fù)合材料的方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)的鈦資源特點(diǎn)是鈦鐵共存，經(jīng)過(guò)選礦后的鈦精礦品位低，而且有大量
鈦進(jìn)入鐵精礦，最后形成鈦含量約25%左右的含鈦高爐渣，數(shù)據(jù)顯示己經(jīng)累計(jì)堆 放5000萬(wàn)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(zhǎng)，污染嚴(yán)重等負(fù)面問(wèn)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(wèn)題就具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。如含鈦高爐渣的再利用問(wèn)題，大多數(shù)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?cè)拗械奈锢砘瘜W(xué) 條件使某含鈦晶體長(zhǎng)大富集等方法進(jìn)行利用研究，也有人采用濃硫酸酸解鈦渣， 再將鈦轉(zhuǎn)移到溶液中經(jīng)水解提取鈦，但是各種方法都存在缺陷，如處理量低、工 藝復(fù)雜、環(huán)境污染嚴(yán)重等。
基于鈦白具有的各種優(yōu)良性能而廣泛用于涂料、塑料、造紙、化纖、油墨、 橡膠、電子工業(yè)、化妝品、電焊條、搪瓷、陶瓷和冶金等諸多領(lǐng)域。隨著世界經(jīng) 濟(jì)的發(fā)展和人類科技的進(jìn)步，鈦白粉的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)越來(lái)越廣，其市場(chǎng)需求將越 來(lái)越大，鈦白粉有著極其寬廣的發(fā)展和應(yīng)用前景。為降低成本、減少環(huán)境負(fù)荷， 復(fù)合鈦白的研究有升溫的趨勢(shì)，但是，大多數(shù)的包覆改型方法制備的復(fù)合鈦白， 其基料都是采用廉價(jià)的礦物材料，二者的界面存在著缺陷使其結(jié)合度—和包覆效果 不很理想，難以制備優(yōu)質(zhì)的復(fù)合鈦白。
本研究采用含鈦原料制備復(fù)合鈦白。因?yàn)樵蟽?nèi)部含有鈦元素，經(jīng)過(guò)機(jī)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(jié)晶，制備 的復(fù)合顆粒結(jié)構(gòu)更趨于完整結(jié)構(gòu)，可以作為鈦白的替代材料。對(duì)合理利用低品位 鈦資源，開發(fā)其高附加值利用具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)已有低品位含鈦材料提取鈦方法中存在的缺點(diǎn)，提供利
用粉磨、活化后包覆Ti02晶粒制備復(fù)合顆粒，使低品位鈦材料高附加值應(yīng)用的一
種用含鈦原料制備鈦白復(fù)合材料的方法，具有能耗低，生產(chǎn)效率高，適合大規(guī)模
生產(chǎn)等特點(diǎn)。
所述用含鈦原料制備鈦白復(fù)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(xì)
粉；
(2) 將含鈦原料細(xì)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(diào)節(jié)體系pH值為6-9，在2000轉(zhuǎn)/min -4000轉(zhuǎn)/min的速度 下攪拌0.5小時(shí)；
(4) 用0. 5 mol/L -4. 5 mol/L的NaOH溶液調(diào)整體系pH值為7. 5-13，陳化 2 6小時(shí)，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(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾、去離子水洗滌、12(TC干燥處理，即得到具有核-殼結(jié)構(gòu) 的鈦白復(fù)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(jī)械力活化和含鈦溶液活化相結(jié)合的方法 所述含鈦溶液為工業(yè)制備鈦白的中間產(chǎn)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(jī)械破碎、球磨，加工成平均粒徑為1-30^ m的
活性含鈦原料細(xì)粉，然后和含鈦溶液水解活化相結(jié)合。 本發(fā)明與已有技術(shù)相比，具有如下有益效果
l.含鈦原料經(jīng)過(guò)超細(xì)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(zhǎng)大，得到超細(xì)含鈦原料的粒子表面包覆一層Ti02晶粒形成核-殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合粒子；該復(fù)合粒子中Ti02的質(zhì)量比為2%-25%;該復(fù)合粒子遮蓋率70-95%;該復(fù)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(zhì) 材料制備的復(fù)合鈦白相比，具有質(zhì)量好、遮蓋率高的特點(diǎn)；
2. 含鈦原料制備的復(fù)合鈦白與硫酸法鈦白相比，大大節(jié)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(fù)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(jiǎn)單、處理量大、污染少等優(yōu)點(diǎn)，是低品位鈦原料如含鈦高爐渣再利用的 創(chuàng)新方法和思維，為其高附加值利用提供新思路。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種用含鈦原料制備鈦白復(fù)合材料的方法。采用機(jī)械力超細(xì)粉 磨、活化和藥劑活化相結(jié)合的方法將含鈦原料的活化、水解形成含Ti02晶粒的溶 液，經(jīng)過(guò)攪拌、陳化，則在含鈦原料表面包覆Ti02晶粒，得到超細(xì)含鈦原料的粒 子表面包覆一層Ti02晶粒形成核-殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合粒子，經(jīng)過(guò)濾、去離子水洗滌、 12(TC干燥處理，即得到具有核-殼結(jié)構(gòu)的鈦白復(fù)合材料。下面列舉實(shí)施例，對(duì)本 發(fā)明進(jìn)一歩予以說(shuō)明。
實(shí)施例1
采用含鈦高爐渣制備具有核-殼結(jié)構(gòu)的鈦白復(fù)合材料的步驟
(1) 含鈦高爐渣原料經(jīng)鄂式破碎機(jī)粗碎，再用萬(wàn)能粉磨機(jī)粗粉磨至60目左右。
(2) 通過(guò)球磨機(jī)將上述60目粗粉磨球磨至平均粒徑為l-30u m的活性超細(xì)
粉；
(3) 將1-30u m活性含鈦高爐渣超細(xì)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(diào)節(jié)體系pH值為6，在2000轉(zhuǎn)/min速度下攪拌0.5小時(shí)；
(5) 用4. 5 mol/L的NaOH溶液調(diào)整體系pH值為13，陳化2小時(shí)，則在含
鈦原料表面包覆Ti02晶粒；
(6) 產(chǎn)物經(jīng)采用板框壓濾機(jī)過(guò)濾、去離子水洗滌、12(TC干燥、打散機(jī)打散，
即得到具有核-殼結(jié)構(gòu)的鈦白復(fù)合材料。
經(jīng)過(guò)分析計(jì)算的復(fù)合粒子中Ti02的質(zhì)量比為2%-25%;表面包覆層的Ti02晶 粒粒徑為5-35nm;及復(fù)合粒子遮蓋率70-95%。 實(shí)施例2
采用鈦精礦制備具有核-殼結(jié)構(gòu)的鈦白復(fù)合材料的方法，工藝步驟
(1) 用球磨機(jī)將含鈦精礦加工成平均粒徑為1-30 u m的活性超細(xì)粉；
(2) 將鈦精礦超細(xì)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(diào)節(jié)體系pH值為6，在2000轉(zhuǎn)/min速度下攪拌0. 5小時(shí)；
(4) 用4. 5 mol/L的NaOH溶液調(diào)整體系pH值為7. 5，陳化3小時(shí)，則在含
鈦原料表面包覆Ti02晶粒；
(5) 產(chǎn)物經(jīng)采用板框壓濾機(jī)過(guò)濾、去離子水洗滌、12(TC干燥、打散機(jī)打散， 即得到具有核-殼結(jié)構(gòu)的鈦白復(fù)合材料。
經(jīng)過(guò)激光粒度分析儀檢測(cè)樣品平均粒徑為45-85nm;分析計(jì)算的復(fù)合粒子中 Ti02的質(zhì)量比為2%-25%;表面包覆層的Ti02晶粒粒徑為5-35nm;及復(fù)合粒子遮 蓋率70-95%。
實(shí)施例3
采用鈦鐵礦制備具有核-殼結(jié)構(gòu)的鈦白復(fù)合材料的步驟
步驟(1)、 (2)與實(shí)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(xì)粉；
(3) 將鈦鐵礦超細(xì)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(diào)解體系pH值為6，在3000轉(zhuǎn)/min速度下攪拌0. 5小時(shí)；
(5) 用4. 5 mol/L的NaOH溶液調(diào)整體系pH值為9，陳化4小時(shí)，則在含鈦 原料表面包覆Ti02晶粒；
(6) 產(chǎn)物經(jīng)采用板框壓濾機(jī)過(guò)濾、去離子水洗滌、12(TC干燥、打散機(jī)打散， 即得到具有核-殼結(jié)構(gòu)的鈦白復(fù)合材料。
經(jīng)過(guò)激光粒度分析儀檢測(cè)樣品平均粒徑為45-85nm;分析計(jì)算的復(fù)合粒子中
Ti0'2的質(zhì)量比為2%-25%;及復(fù)合粒子遮蓋率70-95%。 實(shí)施例4
采用富鈦渣制備具有核-殼結(jié)構(gòu)的鈦白復(fù)合材料步驟
步驟(1)、 (2)與實(shí)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(xì)粉；
(3) 將富鈦渣超細(xì)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(diào)節(jié)體系pH值為6，在2500轉(zhuǎn)/min速度下攪拌0. 5小時(shí)；
(5) 用4. 5 mol/L的NaOH溶液調(diào)整體系pH值為11，陳化5.5小時(shí)，則在 含鈦原料表面包覆Ti02晶粒；
(6) 產(chǎn)物經(jīng)采用板框壓濾機(jī)過(guò)濾、去離子水洗滌、120。C干燥、打散機(jī)打散， 即得到具有核-殼結(jié)構(gòu)的鈦白復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.一種用含鈦原料制備鈦白復(fù)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(xì)粉；(2)將含鈦原料細(xì)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(diào)節(jié)體系pH值為6-9，在2000轉(zhuǎn)/min-4000轉(zhuǎn)/min的速度下攪拌0.5小時(shí)；(4)用0.5mol/L-4.5mol/L的NaOH溶液調(diào)整體系pH值為7.5-13，陳化2～6小時(shí)，則在含鈦原料表面包覆TiO2晶粒；(5)產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾、去離子水洗滌、120℃干燥處理，即得到具有核-殼結(jié)構(gòu)的鈦白復(fù)合材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述含鈦原料制備鈦白復(fù)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(jù)權(quán)利要求1所述含鈦原料制備鈦白復(fù)合材料的方法，其特征在于，所 述含鈦原料的活化是采用機(jī)械破碎、球磨，加工成平均粒徑為1-30ii m的活性含 鈦原料細(xì)粉，然后和含鈦藥劑水解活化相結(jié)合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述含鈦原料制備鈦白復(fù)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(jù)權(quán)利要求1或4所述含鈦原料制備鈦白復(fù)合材料的方法，其特征在于， 所述含鈦溶液為工業(yè)制備鈦白的中間產(chǎn)物硫酸氧鈦溶液或硫酸鈦溶液。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鈦原料制備鈦白復(fù)合材料的方法，其特征是其含 鈦原料表面包覆Ti02晶粒的復(fù)合顆粒中Ti02的質(zhì)量比為2%-25%
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的含鈦原料制備鈦白復(fù)合材料的方法，其特征是其復(fù) 合顆粒遮蓋率70-95%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鈦原料制備鈦白復(fù)合材料的方法，其特征是其復(fù) 合粒子中表面包覆層的Ti02晶粒粒徑為5-35nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于復(fù)合材料的制備技術(shù)范圍的涉及對(duì)低品位含鈦原料利用的一種用含鈦原料制備鈦白復(fù)合材料的方法。采用機(jī)械力超細(xì)粉磨、活化和藥劑活化相結(jié)合的方法將含鈦原料的活化、水解形成含TiO₂晶粒的溶液，經(jīng)過(guò)攪拌、陳化，則在含鈦原料表面包覆TiO₂晶粒，得到超細(xì)含鈦原料的粒子表面包覆一層TiO₂晶粒形成核-殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合粒子，經(jīng)過(guò)濾、去離子水洗滌、120℃干燥處理，即得到具有核-殼結(jié)構(gòu)的鈦白復(fù)合材料。與采用其他基質(zhì)材料制備的復(fù)合鈦白相比，具有質(zhì)量好、遮蓋率高的特點(diǎn)；大大節(jié)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(jiǎn)單、處理量大、污染少等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01G23/00GK101168449SQ20071017573
公開日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2007年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月11日
發(fā)明者劉曉華, 宿建平, 蓋國(guó)勝, 隋智通 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)