Способ получения двуокиси титана Советский патент 1985 года по МПК C01G23/53 

м

i

:д 1 Изобретение относится к произво ству двуокиси титана, применяемой преимущественно для синтеза титана тов различныз элементов, использу мых в производстве сегнето- и пьез керамики, конденсаторов и других прецизионных изделий электронной техники. Известен способ получения двуок си титана анатаэной модификации грубодисперсной структуры путем термогидролиза сернокислых растворов титана с концентрацией по TiOn 80-180 г/л с последующей обработко гидролизата соединениями калия и фосфора f выдерживанием полученной суспензии при перемешивании 6-12 ч фильтрацией и прокаливанием отделенного при этом осадка при 600750 С 0. Однако данный способ не позволя ет получить двуокись титана, пригодную для применения в пьезотехнике ввиду высокой объемной массы ее. Известен также способ получения двуокиси титана, включающий обрабо ку сульфата титанила и аммония вод ным раствором аммиака с добавление соли угольной кислоты - поташа, отделение из полученной при этом суспензии осадка карбонизованной гидратированной двуокиси титана (ГДТ),. последующую термообработку его при 850-870°С,и размол Щ. Известный способ приводит к образованию продукта на основе дву окиси титана преимущественно в рутильной малоактивной форме, содержащего 98-98,5% основного оксида TiOo. При прокаливании формируется грубодисперсньв продукт, содерж вши спекшиеся агломераты, требующие помола. Однако наличие примеси калия в целевом продукте до 0.25% снижает возможности его использования в керамике на основе цирконата-титаната свинца (ЦТС). Цель изобретения - повышение вы хода двуокиси титана по анатазу с однородным гранулометрическим сост вом 1-2 мкм. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получени двуокиси титана, включающему обработку сульфата титанила и аммония водным раствором аммиака с добавле нием соли угольной кислоты, отделе 52 ние из полученной при этом суспензии осадка карбонизированной гидратированной двуокиси титана к последующую термообработку его, в качестве соли угольной кислоты берут уг леаммонийную соль, осадок после отделения отмывают от сульфат-ионов, а последующую термообработку его осуществляют в две стадии, на первой - при 200 260с, на второй при 400-750°С. При этом углеаммонийн5по соль используют с хш-шческим составом, соответствующим формуле ЖЬНСО + + (Ш) СО,при весовом отношении ее к сульфату титанила и аммония 0,2-0,5,Предлагаемьш способ предотвращает спекание продукта при прокаливании, обеспечивая повьшение выхода двуокиси титана в ачатазной форме с повышенной реакционной способностью и равномерны - гранулометрическим составом в пределах 1-2 мкм, не содержащей примесей щелочных металлов и фосфора, что делает ее пригодной для изготовления сегнетоэлект- . рической керамики. Массовая доля основного вещества в ДВУО1ШСИ титана повышается до 99-99,5%. Ступенчатая термообработка гидроокиси титана исключает образование грубодисперсного спекшегося продукта, сохраняет реакцноннзто способность двуокиси титана; При термообработке продукта на цервой стадии ниже 200 С идет медленное удаление влаги и углекислоты, выше 260с начинается схватывание материала, образование твердых кусков. На второй стадии термообработки при температуре ниже 400 С продукт по структуре остается еще рентгеноаморфным, имеет низкую объемну о массу (0,05 г/см) и низкое содержание основного вещества (менее 90%). Кроме того, он получается неоднородным, что отрицательно влияет на качество синтезируемых титанатова используемых в производстве сегнето- и пьезокерамики. Термообработка выше 750 С влечет за собой появление рутильной структуры, содержание которой увеличивается пропорционально повышению температуры. Малоактивная р утильная модифика-: ция ухудшает показатели двуокиси 3

титана для применения сегнетоэлектрической керамики.

Применение указанной углеаммонийной соли с дополнительной операцией отмывки осадка ГДТ от сульфатно- нов в совокупности с постадийной Термообработкой в более мягких режимах обеспечивает получение порошкообразной мелкодисперсной двуокиси титана анатазной модификации с высокой насыпной массой 0,5 г/см не требующей дополнительного измельчения.

Пример .В реактор-репульпатор емкостью 30 л, снабженный мешалкой со скоростью перемешивания не менее 2500 об/мин, вливают t4 л обессоленной воды и при иеремеш вании засыпают 1-1,5 кг углеаммонийной соли и вливают 4,6-5,0 л 25%-ного раствора аммиака. Через tO 14ин туда же загружают 5 кг кристаллов титанилсульфата аммония. В конце его загрузки рН доводят до 9,5-10,0. Перемешивание продолжают 30-40 мин. После этого суспензию вьшивают на нутч-фильтр и отжимают осадок, 0тжатьй осадок снова загружают в репульпатор, добавляют воду до отношения Т:Ж 1:4 и перемешивают. Репульпацию проводят 2-3 раза до полной отмьшки осадка от сульфатов, 0т345454. .

мытую от сульфатов пасту подвергают термообработке по стадийному режиму в течение 1ч, затем при

при 400°С

4 ч.

В таблице-приведена характеристика свойств двуокиси титана по данному изобретению в сопоставлении с продуктом по прототипу.

Керамический материал типа ЦТС JQ и БС-2, синтезированный с исцользованием двуокиси титана по изобретению состава 0,98 Sr.Baooj .

п°-Ге J °° f«.f + 0,65 , показьтает следуюарГе

электрофизические свойства: диэлектрическую проницаемо стА Е. /Eg- 2200; механическую добротность Рдл- 470j коэффициент электромеханической связи Кр - 0,60,- к/н

пьезомодуль;

п

20 зио плотность керамики О , 7,5 г/см.

Таким образом, 1федлагаемый способ позволяет получить двуокись титана с высоким выходом по анатазу с однородным гранулометрическим состаBOMj пригодную для изготовления сегнетоэлектрической керамики. фоме того, актив ная форма высокая дисперсность и низкое содержание примесей расширяет область применения двуокиси титана, полученной по данному изобретению.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДВУОКИСИ ТИТАНА, включающий обработку сульфата титанила и аммония водным раствором аммиака с добавлением соли угольной кислоты, отделение из полученной при этом суспензии осадка карбонизированной гидратированной двуокиси титана и последующую термообработку его, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода целевого продукта по анатазу с однородным гранулометрическим составом 1-2 мкм, в качестве соли угольной кислоты берут углеаммонийную соль, осадок после отделения отмывают от сульфат-ионов, а последующую термообработку его осуществляют в две стадии, на первой при 200-260 С, йа второй - при 400-750 с. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что углеаммонийную соль используют с химическим составом-, соответствзтощим формуле « (№4)2 СО,, при-весо(П вом отношении ее к сульфату титанила и аммония 0,2-0,5 С