钛酸钡清洁生产工艺研究

【摘要】：钛酸钡被誉为电子陶瓷的工业支柱,随着科技的进步,人们对其需求量越来越大,要求越来越高。目前以TiCl4为原料的化学共沉淀法是工业中合成钛酸钡常用的方法,此法不仅制备成本高,生产工艺流程长,产生大量难处理的熔融渣、废熔盐,而且生产中会有氯气、一氧化碳、四氯化钛等有毒害的危险气体生成。为了节约成本,实现钛酸钡清洁生产,本论文以中国科学院过程工程研究所研发的熔盐法钛白清洁生产新工艺处理后的中间产物多钛酸钠为原料制备草酸钛盐,然后以其为原料合成钛酸钡。基于此目的,本文主要研究了以下内容：(1)以多钛酸钠Na8Ti5O14为原料在不同工艺条件下草酸溶解合成三水合草酸氧钛钠。在4 mol/L草酸浓度,80℃反应温度,2h反应时间的最佳工艺条件下,冷却抽滤获得精制浸出液。此时,钛浸出率可达89%。通过ICP、XRD、XRF、FTIR等分析方式确定浸出液重结晶产物的成分为草酸氧钛钠,并计算其纯度为99%。此外,还对浸出过程的反应动力学进行研究,计算出表观活化能为43.85kJ/mol,从而确定浸出过程是遵循界面化学反应控制的未反应核收缩模型。(2)研究以草酸钛钾为原料共沉淀法合成钛酸钡工艺。确定此法合成BaTiO3粉体的最佳工艺条件为原料Ba/Ti=1.00, BaCl2浓度为0.5 mol/L, TiCl4浓度为0.5mol/L, H2C2O4过量10%,加入0.5%聚乙二醇PEG,40℃反应后750℃煅烧2h。采用XRD、FTIR、TGA等分析方法系统研究中间前驱体的合成机理以及煅烧过程中前驱体三段分解合成钛酸钡粉体机理。探讨表面活性剂对获得钛酸钡粉体分散性的影响,结果表明：当加入非离子表面活性剂时,产物只有轻微团聚,没有烧结。在1200℃下煅烧前驱体,可以成功获得270nm左右分散性较好的的四方相钛酸钡粉体。(3)为了确定以多钛酸钠为原料制备的草酸钛盐为原料合成钛酸钡产品的可行性,研究以四氯化钛为原料草酸盐共沉淀法合成钛酸钡工艺。考察钡钛比、反应物浓度、加料方式、煅烧时间、煅烧温度、升温速率等因素对产物粒径、晶型和形貌的影响。确定以四氯化钛为原料草酸盐共沉淀法制备前驱体的最佳合成条件。在此工艺条件下可以获得纯度好、粒度分布均匀、一次粒径150nm左右,团聚粒径1.2μm左右的球形立方钛酸钡粉末。通过以上内容的研究,合成了纯度较高的三水合草酸钛钠产品。以草酸钛盐为原料可以获得高纯微细的四方相钛酸钡粉体,为钛酸钡清洁工艺生产的可行性奠定了一定的理论基础,实现钛资源综合利用。 【关键词】：多钛酸钠 草酸氧钛盐 动力学 钛酸钡 煅烧
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ132.35
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 钛资源利用现状11-13
• 1.1.1 钛矿分布11
• 1.1.2 钛渣的利用现状11-12
• 1.1.3 二氧化钛生产技术12-13
• 1.2 钛酸钡性能及用途13-17
• 1.2.1 钛酸钡物理化学13
• 1.2.2 介电性13-14
• 1.2.3 铁电性14-15
• 1.2.4 钛酸钡晶体极化15
• 1.2.5 钛酸钡用途15-17
• 1.3 钛酸钡主要制备方法17-19
• 1.3.1 固相烧结法17-18
• 1.3.2 溶胶-凝胶法18
• 1.3.3 水热法18
• 1.3.4 化学共沉淀法18-19
• 1.4 共沉淀法生产钛酸钡原料现状19-20
• 1.5 课题研究意义和研究内容20-23
• 1.5.1 课题研究意义20-21
• 1.5.2 课题研究内容21-23
• 第二章 实验23-31
• 2.1 实验试剂和仪器23-24
• 2.1.1 实验试剂23
• 2.1.2 实验所用仪器和检测仪器23-24
• 2.2 实验内容24-25
• 2.2.1 实验工艺流程24-25
• 2.2.2 反应装置简图25
• 2.3 样品的分析与表征方法25-31
• 2.3.1 化学分析方法25-28
• 2.3.2 仪器表征分析28-31
• 第三章 三水合草酸氧钛钠的制备31-43
• 3.1 前言31
• 3.2 实验部分31-33
• 3.2.1 原料的选择31-32
• 3.2.2 实验原料分析32
• 3.2.3 试验方法32
• 3.2.4 分析方法32-33
• 3.3 结果讨论33-42
• 3.3.1 多钛酸钠浸出工艺优化33-35
• 3.3.4 浸出液成分的确定35-39
• 3.3.5 浸出原理及机理讨论39
• 3.3.6 反应动力学研究39-42
• 3.4 小结42-43
• 第四章 以二水合草酸钛钾为原料合成钛酸钡粉体43-59
• 4.1 前言43
• 4.2 试验部分43
• 4.2.1 实验原料43
• 4.2.2 试验方法43
• 4.2.3 分析表征方法43
• 4.3 结果与讨论43-56
• 4.3.1 反应原料钡钛比对产品的影响43-45
• 4.3.2 工艺条件讨论45-49
• 4.3.3 前驱体的分析49-53
• 4.3.4 表面活性剂种类对产品分散性的影响53-54
• 4.3.5 表面活性剂用量对产品分散性的影响54-56
• 4.4 本章小结56-59
• 第五章 以四氯化钛为原料合成钛酸钡的研究59-75
• 5.1 前言59
• 5.2 实验部分59-60
• 5.2.1 实验原料59
• 5.2.2 实验方法59
• 5.2.3 分析表征方法59-60
• 5.3 结果与讨论60-71
• 5.3.1 原料钡钛比对产品的影响60-61
• 5.3.2 反应物浓度对钛酸钡产品的影响61-64
• 5.3.3 加料方式对合成产品的影响64-65
• 5.3.4 工艺条件讨论65-71
• 5.4 两种工艺钛酸钡对比71-73
• 5.5 小结73-75
• 第六章 结论与展望75-77
• 6.1 结论75
• 6.2 展望75-77
• 致谢77-79
• 参考文献79-85
• 附录A85

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