高钛渣制备二氧化钛水解参数研究

隋丽丽，苗丽华，葛欣，巴林

(1．沈阳医学院基础医学院化学教研室，辽宁 沈阳 110034；2．计算机与数理教学部)

纳米二氧化钛其化学稳定性好，在医学方面，可用于抗菌、抗病毒和防霉、以及用于抗癌、光化学疗法等[1-4]。目前钛液水解的方法主要有3种：外加晶种加压水解、外加晶种常压水解、自生晶种稀释法常压水解[5-6]。自生晶种法影响钛液水解率的因素有很多，如钛液浓度、铁钛浓度比、F值、三价钛浓度、搅拌速度、钛液滴定速度、底水量、水解温度、水解时间等。本实验选择高钛渣为原料，方法选用浓硫酸焙烧法，既节约成本又可以减少污染。实验得到的硫酸氧钛溶液用于探索最佳的水解参数。本实验采用自生晶种法制备二氧化钛，主要考察加料速度、底水量、水解温度和水解时间等因素对钛液水解率的影响。

1 材料与方法

1.1 实验材料 采用四川某地高钛渣，利用浓硫酸进行焙烧得到熟料，经过溶出得到硫酸氧钛溶液用于水解实验，水解钛液指标见表1。

表1 水解钛液指标分析

1.2 实验原理 钛液的水解过程一般都分为以下3步：(1)结晶中心的形成(晶核的形成阶段)，这是可以测出来的最小粒子，它不能被打碎，只能被溶解。(2)晶核的成长与水合二氧化钛开始析出的阶段晶核成长形成一次聚集体，聚集体大小取决于水解条件，可以被化学和机械力破碎。(3)水合二氧化钛的凝聚沉析及沉淀物组成改变的阶段，此时凝聚颗粒大小影响偏钛酸的过滤和洗涤性能[7-8]。

1.3 实验方法 先将硫酸氧钛溶液预热至70 ℃，将底水加热至沸腾，置于一定温度的恒温水浴锅中，在搅拌速度为300 r/min状态下，将400 ml钛液按一定速度滴加到底水中，加热搅拌一定时间后抽滤，可得到偏钛酸，在水解过程中要保持溶液的体积，适当的补水；水解完毕后将得到的偏钛酸粉末进行酸洗、水洗、烘干；二氧化钛的测定采用硫酸高铁铵滴定法。

2 结果与分析

2.1 温度对二氧化钛水解率的影响 在底水量为80 ml，加料时间为30 min，搅拌速度为300 r/min，水解时间为2 h的实验条件下，考察温度对二氧化钛水解率的影响。钛液的水解反应是吸热反应，因此升高温度利于水解的进行。低温时硫酸氧钛溶液很难发生水解。温度越高，水解率越高。见图1。

2.2 底水量的影响 底水量是指在自生晶种常压水解工艺中，为了引发稀释水解反应而事先在水解锅中加入的水量。考虑到硫酸氧钛溶液的特点，本次实验确定硫酸氧钛溶液与水的比例为(5～9)∶1。在温度100 ℃，钛液的滴定时间为30 min，搅拌速度为300 r/min，水解时间为2 h的实验条件下，考察底水量对二氧化钛水解率的影响。随着底水的增加，水解率不断的提高，当底水量达6∶1时水解率趋于平缓。见图2。

2.3 加料速率的影响 加料速率是指将一定量的硫酸氧钛溶液全部滴入到水解锅中所需的时间。在水解的过程中自生晶种是在将硫酸氧钛溶液加入水中到白色胶体物消失的那段时间形成的。本次实验确定的加料时间为10～40 min，钛液体积为400 ml，在水解温度为温度100 ℃，底水量为67 ml，搅拌速度为300 r/min，水解时间为2 h的实验条件下考察加料速率对钛液水解率的影响。从图3可看出当钛液的滴定速度很慢时，水解率趋于平稳，加料速率可采用40 ml/min。

2.4 水解时间的影响 本实验在底水量为67 ml，加料速率为40 ml/min，水解温度为水浴100 ℃，搅拌速度为300 r/min的条件下，考察搅拌时间对钛液水解率的影响。随着沉钛时间的增加，二氧化钛的水解率是不断增加的，当沉钛时间为90 min时，水解率最高，可达到95%，再延长时间，水解率也没有明显的提高，见图4。

图1 温度对钛液水解率的影响

图2 底水量对钛液水解率的影响

图3 加料速率对钛液水解率的影响

图4 水解时间对钛液水解率的影响

2.5 洗涤 偏钛酸经过酸洗、水洗、抽滤、烘干后测定杂质Fe的含量是0.03%，杂质含量符合工业生产标准，而且得到的偏钛酸容易过滤。

综上，硫酸氧钛溶液水解的最佳条件为：底水量为67 ml(6∶1)、沉钛温度为水浴100 ℃、加样速率为40 ml/min、水解时间为90 min，稳定性实验硫酸氧钛溶液水解率可达到95%。

参考文献：

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