Способ получения волокнистого титаната калия

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН ЗСЮ С 01 С 23/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Т 21) 3593657/23-26(54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКНИСТОГО ТИТАНАТА КАЛИЯ путем приготовления шихты из оксида титана, карбоната калия и воды, помола, термообрао ботки при температуре до 1400 С, охлаждения пека, выщелачивания и последующего выделения продукта, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения выхода продукта и увеличения длины волокон, воду в шихту добавляют до влажности 10-25%, термообработку ведут в присутствии катализатора в виде металла или его оксидного соединения в количестве О, 1- 10% от массы шихты и охлаждение ведут со скоростью 0,2-20 С/мин.1 110141Изобретение относится к способам получения волокнистых материалов и нитевидных кристаллов и может найти применение в химической промышленнос" ти, в частности в производстве наполнителей, электроизоляционных материалов, катализаторов, в строительной промышленности для армирования бето" , нов и дрИзвестен способ получения волок О нистого гексатитаната калия К Т О, твердофазным синтезом, включающий приготовление шихты путем смешения оксида титана, карбоната калия и хлористого калия, при этом свободная 15 влага в шихте составляет 3%, обжиг шихты при 950-1100 ОС, охлаждение обожженной массы со скоростью выше 30 о С/мин и его вьпцелачивание с целью вьделения волокон целевого про дукта 1.11.Недостатками данного способа являются невысокий (до 35 ) выход целевого продукта, а также получение целевого продукта в виде волокон, дли на которых не превьппает 75 мкм.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения волокнистого титана калия З 0 твердофазным синтезом, включающий приготовление шихты путем смешения титановой руды, соли калия и восстановителя, в качестве которого используют углерод, водород, СО и т,д.При этом свободная влага в шихтесоставляет 5%. Шихту подвергают термообработке, причем сначала нагревают до температуры протекания реакции(780-950 С), вьдерживают при этойтемпературе более 30 мин, а затем постепенно нагревают до 1400 С. Обожженную массу (пек) охлаждают со скоростью 25-30 С/мин и вьпцелачивают свьделением волокон целевого продукта Г 23.Выход целевого продукта составляетоколо 403, а длина волокон целевогопродукта - не более 100-150 мкм.Целью изобретения - повышение вы 50кода целевого продукта и увеличениецлины его волокон.Поставленная цель достигается способом получения волокнистого титанатакалия путем приготовления шихты.из оксида титана, карбоната калия и воды,5помола, термообработки при температуре до 1400 С, охлаждения пека, выщелачивания и последующего вьделения продукта, причем воду в шихту добавляют до влажности 10-25 , термообработку ведут в присутствии катализатора в виде металла.или его оксидногосоединения в количестве 0,1-10 отмассы шихты и охлаждение ведут соскоростью 0,2-20 С/мин.От содержания влажности в шихтезависит рост длины волокон, наибольшее увеличение которого достигают присодержании влажности 10-25 мас, ,Использование катализаторов обеспечивает селективный рост волокон,что приводит к значительному (почтив два раза) увеличению выхода целевого волокнистого продукта и увеличениюдлины волокон этого продукта в несколько раз,Охлаждение обожженной массы соскоростью 0,2-20 С/мин обеспечиваетполучение однородных по толщине волокон без дислокационных дефектов, атакже исключает их дробление, чтотакже способствует увеличению выходацелевого продукта и длины его волоконВлажность шихты менее 1 Овызываетмедленное взаимодействие молекул водыс молекулами компонентов, приводящеек образованию небольшого количествапереходных комплексов, что приводитк низкой скорости диффузии, при этомволокна растут небольшой длины 1040 мкм, влажность шихты выше 25 вызывает образование слишком большогочисла переходных комплексов, при этомскорость диффузии очень велика, кристаплы разрушаются и дробятся, чтотакже приводит к резкому уменьшениюдлины волокон.ВвеДение в шихту катализаторов вколичестве менее 0,1 в 5-10 оазуменьшает длину волокон, а введениев количестве более 10% приводит квзаимодействию этих элементов с шихтой. с получением качественйо другогопродукта. Введение катализаторов ввиде металлов или оксидных соединений исключает возможность нарушениярежима термообработки. Охлаждениеобожженной массы со скоростью менее0,2 С/мин способствует получению более длинных волокон, однако при этсмони утолщаются и приобретают значительное количество. дефектов дислокации, за счет чего прочность волоконрезко снижается и онн дробятся ох"6лаждение, со скоростью более 20 С/минприводит к получению мелковолокнистого продукта.Способ осуществляют следующим образом.В шихту, состоящую из смеси Т 102К 2 СО фнии (2,5-4): 1, и воды, вводят металл 5 или оксидное соединение одного из следующих элементов: Ь , Ве, В, Ма, М, АВ, %, К, Са, Бс, Ч,.СГ, Мн, Со, ба, Аэ, йЬ, 5, уп, Мо, Сд,В случае использования кристаллогидратов, например К 2 СОЗ 1,5 Н О, шихту подсушивают до достижения в ней влажности 10-257 Приготовленную шихту подают на термообработку в реактор 5 непрерывного действия, где выдерживао ют при температуре более 950 С в течение 1-2,5 ч, после чего обожженную массу выводят, охлаждают со скоростью 0,2-20 С/мин до температуры прекра щения интенсивного роста кристаллов (например, 500 С) и обрабатывают водой или паром с целью вьщеления волокон и нитевидных кристаллов.Полученные волокна и нитевидные 25 кристаллы определенной длины отделяют, а влажный шлам, содержащий выще+ лоченные компоненты совместно с ните- . видными или волокнистыми кристаллами малой длины, подают на упарку, а затем на повторную переработку.П р и м е р 1. 80 г Т 02 смешивают с 32 г К СО (молярное соотношение при этом составляет 2,5; 1) и подверга. ют помолу, при помоле в шихту вводят порошкообразный М (катализатор) в количестве 14,9 г, что составляет 107 по отношению к массе сухой шихты.После помола шихту гранулируют до получения брикетов с размером 5"15 мм,40 увлажняют до достижения. влажности 10,5 мас.7,и подают на термообработку во вращающуюся печь, служащую реактором непрерывного действия, где шихту при 1050 С подвергают термообработке 45 в течение 2,5 ч, после чего обожженную массу выводят из печи и охлаждают со скоростью 20 С/мин (25-30 мин) до температуры прекращения интенсивоного роста кристаллов (500 С), а затем обрабатывают водой в течение3,5 ч с последующим выделением волокон. Влажный шлам упаривают, послечего возвращают на повторную переработку (в "голову" процесса). Получен.55ные волокна КгТ 0 1 имеют длину 1756 1 Ъ500 мкм, основная масса - 300-400 мкмпри толщине волокна0,7 мкм, Вы" ход волокон по отношению к массе ших" ты (от загруженного количества ТОг +; +К СО ) составил 707, выход волокон от теоретического по содержанню -99,57 и их количество составляет 78,4 г.11 р и м е р 2. 80 г Т 02 смешива" ют с 20 г К 2 СО 5, взятого в виде кристаллогидрата (молярное соотношение при этом составляет 4: 1) . Смесь, име" ющую свободную влагу, в количестве 50 г, что составляет 30 мас.7 подсушивают до достижения влажности 257., после чего в шихту вводят Ма 2 рог (катализатор) в количестве О, 13 г, что составляет О, 17 по отношению к массе сухой шихты. Шихту подвергают помолу и грануляции, после чего подают на термообработку в экспериментапь-. ную полочную печь, служащую реактором непрерывного действия, где шихту подвергают термообработке в течение 1,5 ч при 1000 С, затем обожженную массу выводят из печи и охлаждают со скоростью 0,2 С/мин в течение 40 ч до температуры прекращения интенсивногоороста кристаллов (500 С) и обрабатывают водой в течение 2,5 ч с последу- ющим вьщелением волокон. Влажный шлам упаривают, после чего возвращают на повторную переработку (в "голову" про цесса). Полученные волокна КгТл О имеют длину 300-1000 мкм, основная, масса - 500-600 мкм. Выход волокон по отношению к массе шихты (от загруженного количества Т 02+К СО ) состав ляет 837 и их количество - 83 г.тП р и м е р 3. 80 г ТО. смешивают с 23 г КгСОз, взятого в виде кристаллогидрата (молярное отношение при этом составляет 3,5: 1) . Смесь, имеющую свободную влагу, в количестве 52 г, что составляет около 31 мас.7, подсушивают до достижения влажности 14,27, после чего в шихту вводят Ве Ог з (катализатор) в количестве 2,4 г, что составляет 2 мас.7 по отношению к массе сухой шихты. Шихту подвергают помолу и грануляции, затем подают на термообработку в полочную печь, служащую реактором непрерывного действия, где шихту подвергают термообработке в течение 1,5 ч при 1300 С, после чего обожженную массу выводят из печи и охлаждают со скоростью 10 С/мин в течение 1 ч до температуры прекращения роста кристаллов (500 1".) и обрабатывают водой в течение 4 ч с последую-.11014 щим выделением волокон. Влажный шлам подупаривают и подают на повторную переработку (в голову процесса). По лученные волокна КТ 1 О имеют илину 200-800 мкм. Основйая масса имеет длину 400 мкм. Выход волокон по отшению к весу шихты составляет 877, и их количество - 90 г.П р и м е р 4. 80 г ТО смешивают с 23 г сухого КСО н 3,2 г упа- О ренного шлама, который состоит из 2,4 г Ве О, что составляет 2,3% по отношению к массе сухой шихты, 0,4 г мелковолокнистого КТ 1 01 З (волокна менее 10 мкм) и 0,4 г свободной воды. 15 Соотношение Т 4 Ои К СО при этом составляет 3, 1: 1. Смесь, ймеющую свободную влагу в количестве 0,387, увлажняют до достижения влажности 157., подвергают помолу и грануляции, пос" 20 ле чего подают на термообработку.в полочную печь, служащую реактором непрерывного действия, где шихту подвергают термообработке в течение 2 ч при 1200 С, после чего обожженную 25 массу выводят из печи и охлаждают сооскоростью 10 С/мин в течение 1,0 ч до температуры прекращения интенсивного роста кристаллов (500 С), а затем обрабатывают паром и водой в те- З 0 чение 1,5 ч с последующим выделением волокон. Влажный шлам после отделения упаривают и подают на повторную переработку (в ."голову" процесса). Полученные волокна КТ О, имеют длину 600-2000 мкм. Осйовная масса имеет длину 1300 мкм. Выход волокон по от. ношению к массе шихты (компонентов Т 10+К СОЗ) составляет 877., а их количество " 90 г.40Результаты сравнительных испытаний получения титаната щелочного металла по предлагаемому и известным способам при различной влажности шихты, различном содержании в ней раз личных элементов приведены в таблице.Из примера 18, в котором влажность шихты составляет 8 мас.7, видно,что выход целевого продукта при этомравен всего 507, против 407 по известному способу, а длина волокон - 50400 мкм (преобладающий размер250 мкм). В примере 19, в которомвлажность шихты составляет 30 мас.%,выход целевого продукта составляет40,57, а длина волокон 50-300 мкм(преобладающий размер 150 мкм).Из примера 22, в котором количество катализатора составляет 0,05 мас.7,видно, что выход целевого продуктатакже составляет 50, 1 мас.7, а длинаволокон - 50-600 мкм (преобладающийразмер 250 мкм). В примере 23, в котором количество катализатора составляет 15 мас.%, выход целевого продукта составляет всего лишь 15 мас.7по отношению к массе шихты, а длинаволокон - 50-100 мкм (преобладающийразмер 80 мкм).Из примера 20, в котором скоростьохлаждения составляет 0,1 С/мин,видно, что выход целевого продукта приэтом. составляет 43,57, адлина волокон - 50-350 мкм (преобладающийразмер 150 мкм). В примере 21, в ко.тором скорость охлаждения составляет30 С/мин, выход целевого продуктаосоставляет всего лишь 20,47., а длинаволокон - 40-150 мкм (преобладающийразмер 50 мкм),Как видно из примеров, предлагаемый способ по сравнению с известными обеспечивает увеличение выхода волокнистого титаната калия в 1,5-2 раза и увеличение длины его волокна в 3- 30 раз.Ожидаемый экономический эффект от внедрения 1 кг К Т 1 О , полученногопо предлагаемому способу, составит2000 руб. эа счет повышения прочности и износоустойчивости деталей и материалов, изготовленных с введениемволокнистого титаната щелочного металла, полученного по предлагаемому способу.1101412 ния волокнистого титаната калия Предлагаемый азате 2 остав шихты Т 10+К С всех прим оставшихты, 7. К КСО 28 Т 10+КО 5 5 15,0 ип ка- ализа ОН Иа 07 СЙО О Иа ВО 1 а т оличе ата изаторас.Я 0,2 О,5 2 Скорост охлажде нио 2 0 О,ин,0 ыход оло отно шени с 70 75 8 8 0 0 5,ы, Х на воон,0-150 300- 300- 600 600 600 100110 1412 10 Продолжение таблицы Показатели 812 13 14Влажность шихты, мас.% 1515 1 О 15 15 10 25 25 Количество катаО, 15 0,5 О,лизатора,мас ч% 5 10 01 5 10 5 1,0 1,0 2,5 0,5 Выход волокон по отношению к 58,5 55,4 68,780 массе шихты, % 80 75 87 65 Длина волокон мкм 300-300- 250- 700= 700 750 500 ТООО Продолжение таблицы. П е агаемый Показатели 16 15 1510 10 8 30 15 15 Тип ката- лизатора Ге О Со(ОН) ВаОч г Тип катализатора Скорость охлаждения,С/мин Преобладающийразмердлины волокон, мкм Влажность .шихты, мас.% Способ получения волокнистого титаната калия Предлагаемый10 11 Во всех примерах состав шихты Тьо+КСО 80 РЬО Зпог 70 КТао Сг(ОЙ) (ВН) ИО КЬ МпСО 20 15 10 1,5 2,0 1000- Т 500- 700- 400" 18002000 2100 ТТОО 7500 2500 350 . 350 . 300 750 1500 1800 850 500 2000 Способ получения волокнистоготитаната калия 17 18 " 19 20 21 22 23 24 во всех примерах состав шихты 110+К СО3аказ 47 Филиал ППП "Патент", г,ужгород, ул.Проектная, 4 охлаждения,С/мин 4/12 Тираж 4 ВНИИПИ Государствпо делам изобре 13035, Москва, Ж.12Продолжение таблицы 4 Подписнонного комитета СССРений и открытий5, Раушская наб., д.4/5