專利名稱：一種從光鹵石出發(fā)制備鈦酸鉀鎂的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機材料領(lǐng)域，具體涉及一種從光鹵石出發(fā)制備鈦酸鉀鎂， 特別是鈦酸鉀鎂片晶或晶須的方法。
技術(shù)背景鈦酸鉀鎂，以片狀Ko.8Mgo.4Th.604為代表，是一種新型的高性能無機材料，可以作為摩擦材料、增強材料、離子交換材料等使用，因此越來越受到人們所關(guān)注。日本專利特開平5-221795曾描述過層狀鈦酸鉀鎂(K0.sMga4Th.6O4) 片晶的制備方法，日本專利公報2000-230618描述過將其作為摩擦材料的摩擦 控制劑，所制備的摩擦材料在低溫至高溫都具有穩(wěn)定的摩擦和磨損性能；同 時鈦酸鉀鎂(Ko.8Mgo.4Ti"04)的層狀結(jié)構(gòu)又賦予它具有良好的離子交換性能， 常常用作制備其它材料的前驅(qū)體，如專利US6677041提到了以Ko.8Mgo.4Ti"04 為反應(yīng)原料，通過離子交換和二次燒結(jié)制備出片狀的四鈦、六鈦、八鈦酸鉀 片晶；專利CN1543437采用Ko.sMg。.4TiL604為反應(yīng)原料，成功制備出了片狀的 Ti02;專利ZL01813460.2用K。.8Mgo.4TiL604為反應(yīng)原料，通過離子交換后的二 次燒結(jié)制備出了具有纖鐵礦結(jié)構(gòu)的鈦酸鉀鎂片晶?，F(xiàn)有鈦酸鉀鎂片晶的制備方法，往往需要加入如NaCl、 KC1、 Na2Mo04、 K2W04等助熔劑，以降低反應(yīng)溫度，提高產(chǎn)品質(zhì)量；此外還需加入一定量的 含鎂化合物，如MgCl2、 MgC03、 Mg(N03)2、 MgF2等，甚至單質(zhì)鎂粉等純物 質(zhì)來提供鎂源。正是由于制備成本偏高，使得鈦酸鉀鎂的價格昂貴，從而限 制了鈦酸鉀鎂的應(yīng)用。光鹵石是自然界中含鎂、鉀鹽湖蒸發(fā)作用形成的最后產(chǎn)物，其分子式為 KMgCl3'6H20， CA登記號為1318-27-0。其價格低廉，往往作為含鉀化合物、 含鎂化合物以及單質(zhì)鎂的生產(chǎn)原料。如果以光鹵石替代上述的助熔劑和鎂源， 直接作為鈦酸鉀鎂生產(chǎn)原料使用，必然使得原料的成本降低，同時也縮短了鈦酸鉀鎂的制備工藝。但目前以光鹵石作為原料或助熔劑來制備鈦酸鉀鎂片晶或晶須的方法尚未見報道。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有鈦酸鉀鎂制備方法中的缺點，提供一種鈦酸鉀 鎂片晶或晶須的低成本、高質(zhì)量的制備方法。 本發(fā)明的目的可以通過以下措施達到-一種從光鹵石出發(fā)制備鈦酸鉀鎂的方法，包括如下步驟(1) 以光卣石、含鈦化合物和含鉀化合物為原料，混合均勻； 其中光鹵石、含鈦化合物和含鉀化合物分別以KMgCl3、 Ti02、 K20計(即折合成KMgCl3、 Ti02、 K20)，其摩爾比為KMgCl3:Ti02:K20=l:(3.5 4.5):(1.0 2.5)。(2) 將混合物在800 110(TC下燒結(jié)30分鐘 12小時。(3) 將燒結(jié)產(chǎn)物粉碎、水洗、過濾后，再進行熱處理，得到鈦酸鉀鎂。 其中含鈦化合物選自鈦白粉、金紅石型氧化鈦、銳鈦礦型氧化鈦、水合氧化鈦、金紅石型鈦礦粉或銳鈦礦型鈦礦粉的一種或幾種；含鉀化合物選自 碳酸鉀、硝酸鉀、氫氧化鉀、氟化鉀的一種或幾種；最終得到的鈦酸鉀鎂為 KoMsMg^Ti^O (3.8.4)或KL^MgQ.^TiwaO"的片晶或晶須。其中片晶的當(dāng) 量長度和當(dāng)量寬度的算術(shù)平均值為0.1~50pm，當(dāng)量長度和當(dāng)量度寬之比為 1~3，其平均厚度為0.05~5pm;晶須的長度為5 50pm,直徑為0.2~2.5|im。 熱處理之前可以將過濾產(chǎn)物烘干。本方法在燒結(jié)產(chǎn)物過濾后的熱處理步驟，可以去除在水洗時進入層間的 水合氫離子，從而提高鈦酸鉀鎂片晶或晶須的結(jié)晶度，提高產(chǎn)品質(zhì)量；其中 熱處理溫度為300~700°C。本法的熱處理工藝提高了鈦酸鉀鎂片晶或晶須的結(jié)晶度，提高了產(chǎn)品質(zhì) 量。本法制備的鈦酸鉀鎂產(chǎn)品可作為增強材料，摩擦材料，耐高溫材料等。本發(fā)明的優(yōu)點在于1. 天然光鹵石作為反應(yīng)原料，降低了鈦酸鉀鎂的原料成本。2. 可通過調(diào)節(jié)原料配比方便的生產(chǎn)出不同用途的晶須或片晶，簡化了工藝流程，提高了生產(chǎn)效率，更加適合于規(guī)?；a(chǎn)。


圖1為鈦酸鉀鎂生產(chǎn)工藝流程已有工藝與本發(fā)明比較圖。圖2為本發(fā)明Ko.sMgo.4TiL604的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。圖3為本發(fā)明K,.54Mgo.77Ti7.23Ch6的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。 圖4為熱處理前后Ko.8Mgo.4Ti,.604片晶的x-射線峰強比較圖。圖中A為熱處理前，B為熱處理后。
具體實施方式
下面根據(jù)實施例對本發(fā)明做進一步描述將光鹵石、Ti02(銳鈦礦型)、KOH和KN03按KMgCl3:Ti02:K2Ol:4.5:1.5 的比例均勻混合，將混合物置于高溫爐中燒結(jié)至1000'C，保溫1小時，然后 隨爐冷卻；將燒結(jié)產(chǎn)物進行粉碎，水洗，過濾，烘干，然后在700'C下熱處 理。所得產(chǎn)物為當(dāng)量長度和當(dāng)量寬度的算術(shù)平均值為1 5^im，當(dāng)量長度和當(dāng) 量度寬之比為1 3，平均厚度為0.05~1拜的鈦酸鉀鎂片晶；采用基本參數(shù)法， 通過熒光X-射線衍射分析，其化學(xué)式為KasMgo.4TiL604 (如圖2所示)。圖4 為熱處理前后K。.sMg。.4Ti"04片晶的x-射線峰強比較圖的對比可見，沒有經(jīng) 過熱處理的產(chǎn)物結(jié)晶性相對較差。 實施例2將光鹵石、Ti02 (金紅石型)和K2C03按KMgCl3:Ti02:K201:4.5:2.5的 比例均勻混合，將混合物置于高溫爐中燒結(jié)至IIO(TC，保溫30分鐘，然后 隨爐冷卻；將燒結(jié)產(chǎn)物進行粉碎，水洗，過濾；然后在30(TC熱處理。所得 產(chǎn)物為當(dāng)量長度和當(dāng)量寬度的算術(shù)平均值為5CHim，當(dāng)量長度和當(dāng)量度寬之 比為1.5，平均厚度為2 5^im的鈦酸鉀鎂片晶；采用基本參數(shù)法，通過熒光X-射線衍射分析，其化學(xué)式為Ko.6Mgo.4TiL604。實施例3將光鹵石、水合氧化鈦和KN03按KMgCl3:Ti02:K2Ol:3.5:l的比例均勻 混合，將混合物置于高溫爐中燒結(jié)至800°C，保溫6小時，然后隨爐冷卻；其余操作同實施例1。所得產(chǎn)物為長度為10~20pm，直徑為0.5pm的鈦酸鉀 鎂晶須；用X-射線衍射分析，其化學(xué)式為K2MgTi7016 (如圖3所示)。 實施例4將光鹵石、水合氧化鈦和銳鈦礦型鈦礦粉、KOH按 KMgCl3:Ti02:K20=l:3.5:2的比例均勻混合，將混合物置于高溫爐中燒結(jié)至 900°C，保溫10小時，然后隨爐冷卻；其余操作同實施例l。所得產(chǎn)物為長 度為20 50pm，直徑為2.5pm的鈦酸鉀鎂晶須；用X-射線衍射分析，其化學(xué)式為KL54Mg。.77Ti7.230！6。 比較例1將1473克二氧化鈦、638克鈦酸鉀、1003克氯化鉀、279克氫氧化鎂， 和200毫升水作為粘合劑混合在一起。使用水壓機將混合在14.7Mpa壓力下 壓制成磚形。將該磚在電爐中1050。C煅燒1小時，然后逐漸冷卻。將煅燒的 產(chǎn)物粉碎、水洗、過濾、烘干獲得白色粉末，其長直徑和短直徑的算術(shù)平均 值為3pm，平均厚度為300nm，長直徑與短直徑之比為1.5。通過熒光X-射 線分析，測定出這種白色粉末的組成為Ko.8Mgo.4Th.6O4。與實施例1相比，此方法工藝流程復(fù)雜，增加了生產(chǎn)成本(生產(chǎn)成本約 是實施例1的150%)，又加大了不必要的設(shè)備投資。本發(fā)明以天然光鹵石作為反應(yīng)原料，降低了鈦酸鉀鎂的原料成本。本發(fā) 明可通過調(diào)節(jié)原料配比方便的生產(chǎn)出不同用途的片晶或晶須，簡化了工藝流 程，提高了生產(chǎn)效率，更加適合于規(guī)?；a(chǎn)。參考文獻[1]犬伏昭嘉，松永治慧，光田良一，多層鈦酸、層狀鈦酸、層狀氧化鈦，以及層狀鈦酸的制備方法，CN1543437。[2] Hrioshi Ogawa，Tokushima，Shigeo Takahashi etl,Platy potassium titanate ，Process froproducling the same, and friction material,US6677041 。[3]小川博，高橋滋男，系井伸樹，纖鐵礦鈦酸鉀鎂及其制備方法,ZL01813460.2。 [4]隗學(xué)禮，趙寬放， 一種鈦酸鹽片晶的制備方法，CN1978715。
權(quán)利要求
1. 一種從光鹵石出發(fā)制備鈦酸鉀鎂的方法，其特征在于包括如下步驟(1)以光鹵石、含鈦化合物和含鉀化合物為原料，混合均勻；其中光鹵石、含鈦化合物和含鉀化合物分別以KMgCl3、TiO2、K2O計，摩爾比為KMgCl3∶TiO2∶K2O＝1∶(3.5～4.5)∶(1.0～2.5)。(2)將混合物在800～1100℃下燒結(jié)30分鐘～12小時。(3)將燒結(jié)產(chǎn)物粉碎、水洗、過濾后，再進行熱處理，得到鈦酸鉀鎂。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的從光鹵石出發(fā)制備鈦酸鉀鎂的方法，其特征在 于所述的含鈦化合物選自鈦白粉、金紅石型氧化鈦、銳鈦礦型氧化鈦、水合 氧化鈦、金紅石型鈦礦粉或銳鈦礦型鈦礦粉的一種或幾種。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的從光鹵石出發(fā)制備鈦酸鉀鎂的方法，其特征在 于所述的含鉀化合物選自碳酸鉀、硝酸鉀、氫氧化鉀、氟化鉀的一種或幾種。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的從光鹵石出發(fā)制備鈦酸鉀鎂的方法，其特征在 于所述的熱處理的溫度為300 700°C。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的從光鹵石出發(fā)制備鈦酸鉀鎂的方法，其特征在于所述的鈦酸鉀鎂為K。.6—0.sMgo.4TiL60(3.8.4)或Id.^MgonTiw^Ow的片晶或晶須。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的從光鹵石出發(fā)制備鈦酸鉀鎂的方法，其特征在 于所述的片晶的當(dāng)量長度和當(dāng)量寬度的算術(shù)平均值為0.1 50prn，其平均厚度 為0.05 5^m，當(dāng)量長度和當(dāng)量度寬之比為1 3;所述的晶須的長度為5 50pim， 直徑為0.2 2.5jim。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種從光鹵石出發(fā)制備鈦酸鉀鎂的方法，先以光鹵石、含鈦化合物和含鉀化合物為原料，混合均勻；再將混合物在800～1100℃下燒結(jié)30分鐘～12小時，燒結(jié)產(chǎn)物經(jīng)粉碎、水洗、過濾后，再進行熱處理，得到鈦酸鉀鎂。天然光鹵石作為反應(yīng)原料，降低了鈦酸鉀鎂的原料成本。通過調(diào)節(jié)原料配比方便的生產(chǎn)出不同用途的晶須或片晶，簡化了工藝流程，提高了生產(chǎn)效率，更加適合于規(guī)模化生產(chǎn)。
文檔編號C01G23/00GK101254945SQ20081002331
公開日2008年9月3日 申請日期2008年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月8日
發(fā)明者新 馮, 暢 劉, 姚文俊, 王昌松, 趙利順, 陸小華 申請人:南京工業(yè)大學(xué)