高純微細(xì)TiO2粉末是固相法制備鈦酸鹽系列電子陶瓷粉體的主要原料。電子陶瓷用的TiO2要求純度高，粒度細(xì)，團(tuán)聚少，分散性好。精制TiCl4水解法制備高純微細(xì)，具有投資少，操作簡(jiǎn)單，成本低，易于產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，水解制備過(guò)程中，偏鈦酸中NH4Cl的存在對(duì)于防止粒子的團(tuán)聚具有較大的作用，對(duì)于制備分散性好的產(chǎn)物有好處。然而，高溫下NH4Cl 分解為具有較高活性的NH3和HCl氣體，易與材料中的某些雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，擴(kuò)散進(jìn)入到產(chǎn)物中，影響產(chǎn)品純度。另一方面，濾餅中的NH4Cl的存在對(duì)產(chǎn)物純度有多大影響，以及為了降低成本，生產(chǎn)中含有NH4Cl的濾液是否可以循環(huán)使用和如何回收等問(wèn)題，在此工作中進(jìn)行了試驗(yàn)和探討。

    實(shí)驗(yàn)

    先將精制TiCl4緩慢地加入到高純水中，配制成一定濃度的鈦液。在攪拌條件下，將等體積的濃度為鈦液濃度倍的氨水逐漸加入到鈦液中，反應(yīng)生成偏鈦酸，然后靜置，過(guò)濾，干燥和煅燒得產(chǎn)物。

    結(jié)果與討論

    1偏鈦酸中NH4Cl含量對(duì)產(chǎn)物TiO2理化性能的影響

    為了考查NH4Cl對(duì)產(chǎn)物理化性能的作用，通過(guò)改變鈦液濃度獲得不同含量的偏鈦酸。濃度越高，制得的偏鈦酸顆粒越細(xì)，吸附NH4Cl的能力越強(qiáng)，因而其中的NH4Cl含量也越高。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)鈦液濃度越高時(shí)，所得的產(chǎn)物越疏松，分散性越好，TiO2的純度一般都大于99.5%。

    2反應(yīng)方式及分散劑的加入對(duì)偏鈦酸中NH4Cl含量的影響

    在無(wú)分散劑存在的情況下，反應(yīng)方式對(duì)濾液中NH4Cl含量的影響很小。但在相同條件下，在鈦液中加入一定量的分散劑，可使濾液中的NH4Cl含量大大減少，所得的TiO2更疏松，分散性更好。加入分散劑的目的，是為了在合成偏鈦酸時(shí)，防止其粒子的長(zhǎng)大和團(tuán)聚，也有由于分散劑的加入導(dǎo)致濾餅中NH4Cl的增加，從而使TiO2更為疏松的作用。分散劑的存在被吸附在生成的偏鈦酸微粒表面上，防止其繼續(xù)長(zhǎng)大和團(tuán)聚，即起到使偏鈦酸顆粒細(xì)化的作用，這一作用也同時(shí)增強(qiáng)了偏鈦酸對(duì)NH4Cl的吸附能力，從而導(dǎo)致濾液中的NH4Cl減少，濾餅中NH4Cl的增加。

    3濾液循環(huán)使用對(duì)產(chǎn)物理化性能的影響

    在制備TiO2過(guò)程中，要產(chǎn)生大量的含有一定NH4Cl的濾液，濾液可以通過(guò)蒸發(fā)濃縮回收NH4Cl。如果濾液可以循環(huán)使用，不僅減少了整個(gè)工藝流程中純水的用量，使TiO2的生產(chǎn)成本大大降低，同時(shí)通過(guò)循環(huán)使用，也使濾液中 NH4Cl濃度不斷地得到提高，這有利于NH4Cl的回收和降低消耗。為此，以濃度為1mol/g的鈦液與氨水反應(yīng)得到的濾液作為稀釋TiCl4的水溶液，其后鈦液的濃度為2mol/L。

由此可見(jiàn)，濾液的循環(huán)使用對(duì)產(chǎn)物理化性能的影響不大，且所獲得的樣品經(jīng)某無(wú)線(xiàn)電元件廠(chǎng)試用表明，完全達(dá)到對(duì)該種材料的要求。但是要盡量避免濾液達(dá)到飽和狀態(tài)，因?yàn)闉V液達(dá)到飽和時(shí)，新生成的NH4Cl就會(huì)結(jié)晶出來(lái)，夾雜到偏鈦酸中，給煅燒過(guò)程帶來(lái)很大的能耗和回收問(wèn)題。在煅燒時(shí)，揮發(fā)出來(lái)的NH4Cl遇冷很容易凝結(jié)在設(shè)備的低溫部分，因此這部分NH4Cl的回收可以采取使釋放出來(lái)的氣體冷卻的辦法來(lái)回收。

    4偏鈦酸中NH4Cl對(duì)煅燒材質(zhì)的影響

    在高溫煅燒偏鈦酸時(shí)，NH4Cl分解為具有活性的NH3和HCl氣體，同時(shí)可能還有少量水汽存在，對(duì)與其接觸的煅燒材質(zhì)有較強(qiáng)的腐蝕作用，可能對(duì)產(chǎn)品造成污染，高溫下偏鈦酸中NH4Cl分解出的HCl易與材質(zhì)中的鐵等雜質(zhì)反應(yīng)，雜質(zhì)進(jìn)入產(chǎn)物使其顯色。鐵會(huì)使TiO2顯黃色，即鈦黃。為保證產(chǎn)品純度，應(yīng)采用表面光滑的高純氧化硅或氧化鋁為煅燒料缽的材質(zhì)。

    結(jié)論

    (1)精制TiCl4水解制備的高純微細(xì)TiO2過(guò)程中，偏鈦酸中NH4Cl的存在可以起到使產(chǎn)物疏松、防止硬團(tuán)聚形成的作用，對(duì)產(chǎn)物的純度幾乎沒(méi)有影響。

    (2)在工藝過(guò)程中，濾液可以適當(dāng)?shù)匮�環(huán)使用，以減少純水用量，也有利于濾液中NH4Cl的進(jìn)一步回收。

    (3)偏鈦酸煅燒過(guò)程中，NH4Cl易與煅燒料缽材質(zhì)中的鐵等雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，致使產(chǎn)物中鐵含量高。此外，料缽表面的光滑和致密程度也直接影響NH4Cl與雜質(zhì)的反應(yīng)。表面光滑致密的高純氧化硅或氧化鋁材質(zhì)有利于保證產(chǎn)品的純度。