本發(fā)明屬于精細(xì)化工，具體涉及硫酸法工藝制備電子級偏鈦酸的水解方法。

背景技術(shù)：

1、電子級高純二氧化鈦在電池材料、催化劑載體、紫外線吸收劑、特種玻璃、電子陶瓷、熱敏電阻、半導(dǎo)體電容、鈦酸鍶壓敏電阻等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。向如磷酸鐵鋰電池材料中摻入超細(xì)高純的電子級二氧化鈦，可有效提高材料電池的導(dǎo)電性、振實(shí)密度、鋰離子擴(kuò)散速率，穩(wěn)定電池材料結(jié)構(gòu)，減小磷酸鐵鋰電池在充放電過程中的電化學(xué)阻抗，進(jìn)而提高磷酸鐵鋰電池的循環(huán)穩(wěn)定性、安全性和壽命。傳統(tǒng)硫酸法鈦白工藝所制二氧化鈦具有成本低、工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)，但其比表面積、純度等不滿足電子級tio2的應(yīng)用要求。

2、水解偏鈦酸的組成結(jié)構(gòu)對電子級tio2的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)有著重要影響，高比表面積、雜質(zhì)含量少的偏鈦酸是保證電子級tio2應(yīng)用要求的先決條件。高比表面積、小粒徑分布且窄徑距比的偏鈦酸更有助于在與其他原料摻混時，使混料更均勻，利于提高電子材料組成結(jié)構(gòu)的均勻一致性，進(jìn)而提升電子材料的應(yīng)用性能。因而，亟待開發(fā)比表面積大、純度高、粒徑適宜的電子級偏鈦酸的制備技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了硫酸法工藝制備電子級偏鈦酸的水解方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明提供了一種硫酸法工藝制備電子級偏鈦酸的水解方法，包括如下步驟：

4、(1)將工業(yè)鈦液預(yù)熱至96±2℃，得到預(yù)熱的工業(yè)鈦液；

5、(2)以步驟(1)的工業(yè)鈦液為原料加入堿液，得到晶種溶液；

6、(3)將晶種溶液加入到預(yù)熱的工業(yè)鈦液中，在96±1℃維持20±1min，得到混合鈦液；

7、(4)步驟(3)結(jié)束后，在10min～15min內(nèi)將混合鈦液加熱升溫至沸騰，并保持微沸狀態(tài)，待水解至變灰點(diǎn)時，停止加熱，攪拌進(jìn)行熟化30±2min，并維持熟化溫度在100℃～103℃，得到水解鈦液；

8、(5)步驟(4)結(jié)束后，開啟加熱、攪拌，在10min～15min內(nèi)將水解鈦液再次升溫至沸騰，并維持微沸狀態(tài)，再次沸騰2h～2.5h后添加稀釋水，并維持水解體系總鈦濃度在146g/l～153g/l，再次沸騰3±0.2h后結(jié)束水解，得到水解漿料；

9、(6)水解漿料依次經(jīng)過濾、洗滌后，再經(jīng)隔膜壓榨，即得電子級偏鈦酸。

10、本發(fā)明所述的工業(yè)鈦液是鈦精礦經(jīng)酸解、浸出、還原和初步濃縮等工序后制得。

11、本發(fā)明所述的微沸狀態(tài)，是指在加熱過程中，液體接近沸騰但并未完全沸騰的狀態(tài)。在本發(fā)明中，微沸狀態(tài)為混合鈦液和水解鈦液表面有細(xì)小的氣泡翻動，而不是連續(xù)狀態(tài)冒出。

12、本發(fā)明所述的變灰點(diǎn)，是指鈦液水解的臨界點(diǎn)，是鈦白生產(chǎn)水解工序中一個核心點(diǎn)。晶種加入鈦液中，逐漸誘導(dǎo)鈦液進(jìn)行水解，析出偏鈦酸水解粒子；隨著水解的進(jìn)一步進(jìn)行，水解體系顏色由黑色逐漸變至橄欖綠，再變至鋼灰色，此刻即為變灰點(diǎn)。

13、誘導(dǎo)鈦液水解有自生晶種和外加晶種2種方式，自生晶種水解一方面要求鈦液濃度高，這就帶來濃縮時所需的蒸汽耗量大，成本高；另一方面是自生晶種在水解過程中易造成顆粒分布寬，不利于提高偏鈦酸的比表面積和除雜，這樣就不滿足電子級偏鈦酸的要求。

14、微沸狀態(tài)是控制偏鈦酸較均勻成核生長的關(guān)鍵因素之一，這樣得到的偏鈦酸粒徑更為均勻，便于滿足電子級偏鈦酸的相關(guān)指標(biāo)要求；若完全沸騰，由于沸騰氣泡的剪切力和水解體系擾動加大，易造成水解不均勻，偏鈦酸粒徑分布過寬，影響比表面積和純度等指標(biāo)，進(jìn)而造成不滿足電子級偏鈦酸的要求。

15、在一個具體實(shí)施方式中，所述工業(yè)鈦液的總鈦濃度以tio2質(zhì)量計(jì)為155g/l～170g/l、f值為1.84～1.90、鐵鈦比為0.60～0.80、三價鈦含量為1g/l～3g/l。

16、在一個具體實(shí)施方式中，所述工業(yè)鈦液的總鈦濃度以tio2質(zhì)量計(jì)為160g/l～170g/l，f值為1.86～1.88，鐵鈦比為0.68～0.78，三價鈦含量為1.5g/l～2.5g/l。

17、在一個具體實(shí)施方式中，步驟(2)中，工業(yè)鈦液總tio2質(zhì)量與堿液中純堿的質(zhì)量比為0.13～0.17；所述堿液為氫氧化鈉水溶液，質(zhì)量濃度為9％～11％。

18、在一個具體實(shí)施方式中，所述晶種溶液的總鈦濃度以tio2質(zhì)量計(jì)為130g/l～137g/l、晶種f值為1.62～1.69、穩(wěn)定性在125ml～150ml。

19、在一個具體實(shí)施方式中，所述晶種溶液的總鈦濃度以tio2質(zhì)量計(jì)為133g/l～135g/l、晶種f值為1.65～1.67。

20、在一個具體實(shí)施方式中，步驟(3)中，所述晶種溶液加入的質(zhì)量比為2.0％～2.6％；優(yōu)選的，所述晶種溶液加入的質(zhì)量比為2.1％～2.4％。

21、在本發(fā)明中，晶種溶液加入的質(zhì)量比是按照晶種溶液中tio2質(zhì)量與鈦液中tio2質(zhì)量的質(zhì)量比來計(jì)。

22、在一個具體實(shí)施方式中，步驟(6)中，洗滌后保持鐵雜質(zhì)含量低于30ppm。

23、在一個具體實(shí)施方式中，步驟(6)的洗滌包括一洗、漂白、漂洗、三洗。

24、在本發(fā)明中，一洗、漂白、漂洗、三洗具體是：一洗采用50℃～60℃溫水洗滌，然后硫酸液+三價鈦漂白，再采用50℃～60℃溫水漂洗，最后氨水調(diào)節(jié)漿料ph值至9～10后再用50℃～60℃溫水進(jìn)行三洗。洗滌的主要目的是控制fe含量低于30ppm。

25、在一個具體實(shí)施方式中，所述電子級偏鈦酸比表面積大于350m2/g，tio2純度大于等于99％。

26、本發(fā)明制備得到的電子級偏鈦酸的粒徑通過馬爾文納米粒度儀測得d50＝0.81μm～0.90μm,d10＝0.51μm～0.58μm,d90＝1.39μm～1.51μm。

27、在本發(fā)明中，tio2純度為電子級偏鈦酸1000℃煅燒2h后，測定并扣除所有雜質(zhì)含量后所對應(yīng)二氧化鈦的含量。

28、本發(fā)明的有益效果：

29、(1)本發(fā)明在現(xiàn)有硫酸法鈦白工藝技術(shù)上，采用控制鈦液指標(biāo)、晶種指標(biāo)、水解體系總鈦濃度、洗滌除雜等來獲得比表面積大(≥350m2/g)、純度高(tio2≥99％)、粒徑適宜的電子級偏鈦酸，為電子級二氧化鈦等應(yīng)用提供優(yōu)質(zhì)的原料。

30、(2)本發(fā)明所制的偏鈦酸主要應(yīng)用于電子陶瓷材料(鈦酸鋇、鈦酸鍶等)，也可用于磷酸鐵鋰電池材料中，使用時是直接以偏鈦酸形式加入混料均勻，再經(jīng)高溫固相法制備相應(yīng)的材料。

技術(shù)特征：

1.硫酸法工藝制備電子級偏鈦酸的水解方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫酸法工藝制備電子級偏鈦酸的水解方法，其特征在于，所述工業(yè)鈦液的總鈦濃度以tio2質(zhì)量計(jì)為155g/l～170g/l、f值為1.84～1.90、鐵鈦比為0.60～0.80、三價鈦含量為1g/l～3g/l。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硫酸法工藝制備電子級偏鈦酸的水解方法，其特征在于，所述工業(yè)鈦液的總鈦濃度以tio2質(zhì)量計(jì)為160g/l～170g/l，f值為1.86～1.88，鐵鈦比為0.68～0.78，三價鈦含量為1.5g/l～2.5g/l。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫酸法工藝制備電子級偏鈦酸的水解方法，其特征在于，步驟(2)中，工業(yè)鈦液總tio2質(zhì)量與堿液中純堿的質(zhì)量比為0.13～0.17；所述堿液為氫氧化鈉水溶液，質(zhì)量濃度為9％～11％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫酸法工藝制備電子級偏鈦酸的水解方法，其特征在于，所述晶種溶液的總鈦濃度以tio2質(zhì)量計(jì)為130g/l～137g/l、晶種f值為1.62～1.69、穩(wěn)定性在125ml～150ml。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的硫酸法工藝制備電子級偏鈦酸的水解方法，其特征在于，所述晶種溶液的總鈦濃度以tio2質(zhì)量計(jì)為133g/l～135g/l、晶種f值為1.65～1.67。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的硫酸法工藝制備電子級偏鈦酸的水解方法，其特征在于，步驟(3)中，所述晶種溶液加入的質(zhì)量比為2.0％～2.6％；優(yōu)選的，所述晶種溶液加入的質(zhì)量比為2.1％～2.4％。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫酸法工藝制備電子級偏鈦酸的水解方法，其特征在于，步驟(6)中，洗滌后保持鐵雜質(zhì)含量低于30ppm。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫酸法工藝制備電子級偏鈦酸的水解方法，其特征在于，步驟(6)的洗滌包括一洗、漂白、漂洗、三洗。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫酸法工藝制備電子級偏鈦酸的水解方法，其特征在于，所述電子級偏鈦酸比表面積大于350m2/g，tio2純度大于等于99％。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及硫酸法工藝制備電子級偏鈦酸的水解方法，屬于精細(xì)化工技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括如下步驟：首先，將工業(yè)鈦液預(yù)熱至96±2℃，得到預(yù)熱的工業(yè)鈦液；以上述步驟的工業(yè)鈦液為原料加入堿液，得到晶種溶液；然后，將晶種溶液加入到預(yù)熱的工業(yè)鈦液中，在96±1℃維持20±1min，得到混合鈦液；將混合鈦液加熱升溫至沸騰，并保持微沸狀態(tài)，待水解至變灰點(diǎn)時，停止加熱，攪拌進(jìn)行熟化，得到水解鈦液；再將水解鈦液再次升溫至沸騰，并維持微沸狀態(tài)，再次沸騰2h～2.5h后添加稀釋水，再次沸騰3±0.2h后結(jié)束水解，得到水解漿料；水解漿料依次經(jīng)過濾、洗滌后，再經(jīng)隔膜壓榨，即得電子級偏鈦酸。本發(fā)明制備的偏鈦酸比表面積大(≥350m2/g)、純度高(TiO2≥99％)。

技術(shù)研發(fā)人員：田從學(xué),李洪智,馬光強(qiáng),蒲洪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：攀枝花學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19