一种从光卤石出发制备钛酸钾镁的方法技术

本发明专利技术公开了一种从光卤石出发制备钛酸钾镁的方法，先以光卤石、含钛化合物和含钾化合物为原料，混合均匀；再将混合物在８００～１１００℃下烧结３０分钟～１２小时，烧结产物经粉碎、水洗、过滤后，再进行热处理，得到钛酸钾镁。天然光卤石作为反应原料，降低了钛酸钾镁的原料成本。通过调节原料配比方便的生产出不同用途的晶须或片晶，简化了工艺流程，提高了生产效率，更加适合于规模化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无机材料领域，具体涉及一种从光卤石出发制备钛酸钾镁，特别是钛酸钾镁片晶或晶须的方法。
技术介绍
钛酸钾镁，以片状K0.8Mg0.4Ti1.6O4为代表，是一种新型的高性能无机材料，可以作为摩擦材料、增强材料、离子交换材料等使用，因此越来越受到人们所关注。日本专利特开平5-221795曾描述过层状钛酸钾镁(K0.8Mg0.4Ti1.6O4)片晶的制备方法，日本专利公报2000-230618描述过将其作为摩擦材料的摩擦控制剂，所制备的摩擦材料在低温至高温都具有稳定的摩擦和磨损性能；同时钛酸钾镁(K0.8Mg0.4Ti1.6O4)的层状结构又赋予它具有良好的离子交换性能，常常用作制备其它材料的前驱体，如专利US6677041提到了以K0.8Mg0.4Ti1.6O4为反应原料，通过离子交换和二次烧结制备出片状的四钛、六钛、八钛酸钾片晶；专利CN1543437采用K0.8Mg0.4Ti1.6O4为反应原料，成功制备出了片状的TiO2；专利ZL01813460.2用K0.8Mg0.4Ti1.6O4为反应原料，通过离子交换后的二次烧结制备出了具有纤铁矿结构的钛酸钾镁片晶。现有钛酸钾镁片晶的制备方法，往往需要加入如NaCl、KCl、Na2MoO4、K2WO4等助熔剂，以降低反应温度，提高产品质量；此外还需加入一定量的含镁化合物，如MgCl2、MgCO3、Mg(NO3)2、MgF2等，甚至单质镁粉等纯物质来提供镁源。正是由于制备成本偏高，使得钛酸钾镁的价格昂贵，从而限制了钛酸钾镁的应用。光卤石是自然界中含镁、钾盐湖蒸发作用形成的最后产物，其分子式为KMgCl3·6H2O，CA登记号为1318-27-0。其价格低廉，往往作为含钾化合物、含镁化合物以及单质镁的生产原料。如果以光卤石替代上述的助熔剂和镁源，直接作为钛酸钾镁生产原料使用，必然使得原料的成本降低，同时也缩短了-->钛酸钾镁的制备工艺。但目前以光卤石作为原料或助熔剂来制备钛酸钾镁片晶或晶须的方法尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有钛酸钾镁制备方法中的缺点，提供一种钛酸钾镁片晶或晶须的低成本、高质量的制备方法。本专利技术的目的可以通过以下措施达到：一种从光卤石出发制备钛酸钾镁的方法，包括如下步骤：(1)以光卤石、含钛化合物和含钾化合物为原料，混合均匀；其中光卤石、含钛化合物和含钾化合物分别以KMgCl3、TiO2、K2O计(即折合成KMgCl3、TiO2、K2O)，其摩尔比为：KMgCl3∶TiO2∶K2O＝1∶(3.5～4.5)∶(1.0～2.5)。(2)将混合物在800～1100℃下烧结30分钟～12小时。(3)将烧结产物粉碎、水洗、过滤后，再进行热处理，得到钛酸钾镁。其中含钛化合物选自钛白粉、金红石型氧化钛、锐钛矿型氧化钛、水合氧化钛、金红石型钛矿粉或锐钛矿型钛矿粉的一种或几种；含钾化合物选自碳酸钾、硝酸钾、氢氧化钾、氟化钾的一种或几种；最终得到的钛酸钾镁为K0.6-0.8Mg0.4Ti1.6O(3.8-4)或K1.54-2Mg0.77-1Ti7-7.23O16的片晶或晶须。其中片晶的当量长度和当量宽度的算术平均值为0.1～50μm，当量长度和当量度宽之比为1～3，其平均厚度为0.05～5μm；晶须的长度为5～50μm，直径为0.2～2.5μm。热处理之前可以将过滤产物烘干。本方法在烧结产物过滤后的热处理步骤，可以去除在水洗时进入层间的水合氢离子，从而提高钛酸钾镁片晶或晶须的结晶度，提高产品质量；其中热处理温度为300～700℃。本法的热处理工艺提高了钛酸钾镁片晶或晶须的结晶度，提高了产品质量。本法制备的钛酸钾镁产品可作为增强材料，摩擦材料，耐高温材料等。本专利技术的优点在于：1.天然光卤石作为反应原料，降低了钛酸钾镁的原料成本。2.可通过调节原料配比方便的生产出不同用途的晶须或片晶，简化了工-->艺流程，提高了生产效率，更加适合于规模化生产。附图说明图1为钛酸钾镁生产工艺流程已有工艺与本专利技术比较图。图2为本专利技术K0.8Mg0.4Ti1.6O4的扫描电子显微镜(SEM)图。图3为本专利技术K1.54Mg0.77Ti7.23O16的扫描电子显微镜(SEM)图。图4为热处理前后K0.8Mg0.4Ti1.6O4片晶的x-射线峰强比较图。图中A为热处理前，B为热处理后。具体实施方式下面根据实施例对本专利技术做进一步描述：实施例1将光卤石、TiO2(锐钛矿型)、KOH和KNO3按KMgCl3∶TiO2∶K2O＝1∶4.5∶1.5的比例均匀混合，将混合物置于高温炉中烧结至1000℃，保温1小时，然后随炉冷却；将烧结产物进行粉碎，水洗，过滤，烘干，然后在700℃下热处理。所得产物为当量长度和当量宽度的算术平均值为1～5μm，当量长度和当量度宽之比为1～3，平均厚度为0.05～1μm的钛酸钾镁片晶；采用基本参数法，通过荧光X-射线衍射分析，其化学式为K0.8Mg0.4Ti1.6O4(如图2所示)。图4为热处理前后K0.8Mg0.4Ti1.6O4片晶的x-射线峰强比较图的对比可见，没有经过热处理的产物结晶性相对较差。实施例2将光卤石、TiO2(金红石型)和K2CO3按KMgCl3∶TiO2∶K2O＝1∶4.5∶2.5的比例均匀混合，将混合物置于高温炉中烧结至1100℃，保温30分钟，然后随炉冷却；将烧结产物进行粉碎，水洗，过滤；然后在300℃热处理。所得产物为当量长度和当量宽度的算术平均值为50μm，当量长度和当量度宽之比为1.5，平均厚度为2～5μm的钛酸钾镁片晶；采用基本参数法，通过荧光X-射线衍射分析，其化学式为K0.6Mg0.4Ti1.6O4。实施例3将光卤石、水合氧化钛和KNO3按KMgCl3∶TiO2∶K2O＝1∶3.5∶1的比例均匀混合，将混合物置于高温炉中烧结至800℃，保温6小时，然后随炉冷却；-->其余操作同实施例1。所得产物为长度为10～20μm，直径为0.5μm的钛酸钾镁晶须；用X-射线衍射分析，其化学式为K2MgTi7O16(如图3所示)。实施例4将光卤石、水合氧化钛和锐钛矿型钛矿粉、KOH按KMgCl3∶TiO2∶K2O＝1∶3.5∶2的比例均匀混合，将混合物置于高温炉中烧结至900℃，保温10小时，然后随炉冷却；其余操作同实施例1。所得产物为长度为20～50μm，直径为2.5μm的钛酸钾镁晶须；用X-射线衍射分析，其化学式为K1.54Mg0.77Ti7.23O16。比较例1将1473克二氧化钛、638克钛酸钾、1003克氯化钾、279克氢氧化镁，和200毫升水作为粘合剂混合在一起。使用水压机将混合在14.7Mpa压力下压制成砖形。将该砖在电炉中1050℃煅烧1小时，然后逐渐冷却。将煅烧的产物粉碎、水洗、过滤、烘干获得白色粉末，其长直径和短直径的算术平均值为3μm，平均厚度为300nm，长直径与短直径之比为1.5。通过荧光X-射线分析，测定出这种白色粉末的组成为K0.8Mg0.4Ti1.6O4。与实施例1相比，此方法工艺流程复杂，增加了生产成本(生产成本约是实施例1的150％)，又加大了不必要的设备投资。    本专利技术以天然光卤石作为反应原料，降低了钛酸钾镁的原料成本。本专利技术可通过调节原料配比方便的生产出不同用途的片晶或晶须，简化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从光卤石出发制备钛酸钾镁的方法，其特征在于包括如下步骤：（１）以光卤石、含钛化合物和含钾化合物为原料，混合均匀；其中光卤石、含钛化合物和含钾化合物分别以ＫＭｇＣｌ↓［３］、ＴｉＯ↓［２］、Ｋ↓［２］Ｏ计，摩尔比为：ＫＭｇ Ｃｌ↓［３］∶ＴｉＯ↓［２］∶Ｋ↓［２］Ｏ＝１∶（３．５～４．５）∶（１．０～２．５）。（２）将混合物在８００～１１００℃下烧结３０分钟～１２小时。（３）将烧结产物粉碎、水洗、过滤后，再进行热处理，得到钛酸钾镁。

【技术特征摘要】
1、一种从光卤石出发制备钛酸钾镁的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)以光卤石、含钛化合物和含钾化合物为原料，混合均匀；其中光卤石、含钛化合物和含钾化合物分别以KMgCl3、TiO2、K2O计，摩尔比为：KMgCl3∶TiO2∶K2O＝1∶(3.5～4.5)∶(1.0～2.5)。(2)将混合物在800～1100℃下烧结30分钟～12小时。(3)将烧结产物粉碎、水洗、过滤后，再进行热处理，得到钛酸钾镁。2、根据权利要求1所述的从光卤石出发制备钛酸钾镁的方法，其特征在于所述的含钛化合物选自钛白粉、金红石型氧化钛、锐钛矿型氧化钛、水合氧化钛、金红石型钛矿粉或锐钛矿型钛矿粉的一种或几种。3、根据权利要求1所述的从光卤石出发制备钛酸钾镁的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆小华，王昌松，赵利顺，姚文俊，刘畅，冯新，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]