第4期 于海洋等：从含钛电炉熔分渣制备纳米结构六钛酸钾晶须 ·499· 下所示： 峰和少许镁铝尖晶石的特征衍射峰，说明所得偏钛 nMg,TiO +2KOH=K,O.nTiO,+2nMgO+H,0, 酸的纯度相对较高，但仍有少量杂质存在. (8) MgAL,O +2KOH=2KAlO,Mgo +H,O.(9) TiO(OH MgALO. 在酸液冷凝回流过程中，钛酸盐与盐酸发生离 子交换反应，生成难溶于水的偏钛酸，而Mg和Ca 的化合物则生成了可溶性的盐，经过滤洗涤后，T 元素以偏钛酸的形式从原渣复杂的矿相中分离出 来，X射线荧光光谱法结果显示渣中TO2含量为 87.10%.此过程中相关反应方程式如下： Ca0 +2HCl=CaCl,+H,O, (10) 2030405060708090 MgO +2HCI =MgCl2 +H20, (11) K20nTi02+2H*=nTi02H20+2K+.(12) 图3从含钛电炉熔分渣中制备的偏钛酸的X射线衍射谱 本课题组前期实验基本确定了水热法处理含钛 Fig.3 XRD pattern of metatitanic acid prepared from electric furnace molten slag with titanium 电炉熔分渣的最佳反应条件是：水热温度高于 180℃，水热反应时间大于24h,碱液浓度达到 图4是从含钛电炉熔分渣中制备的偏钛酸的扫 12molL-1,盐酸浓度达1.5molL-1,冷凝回流时间 描电镜照片和透射电镜照片.从图4中可以看出， 为6h. 经过酸液冷凝回流过程后生成的偏钛酸为单晶结 图3为根据上述条件制备得到的偏钛酸的X 构，尺寸均一，呈一维纳米棒状结构，棒长约为200~ 射线衍射谱.图谱中主要出现了偏钛酸的特征衍射 350nm,直径约为35~70nm. 0,2m 图4从含钛电炉熔分渣中制备的偏钛酸的扫描电镜和透射电镜照片 Fig.4 SEM and TEM images of metatitanic acid prepared from electric furnace molten slag with titanium 2.2.2从中间产物偏钛酸制备六钛酸钾晶须 可以制备得到多种钛酸钾.例如：当反应温度在 根据TO2和K,0体系的二元相图可以得知， 926~1114℃范围内，Ti02和K,0摩尔比为2.11~ TO2和K,0以不同的摩尔比混合后在不同温度下 4.00时，可制备得到纯净的KTi,0,·同理，从相图第 4 期 于海洋等: 从含钛电炉熔分渣制备纳米结构六钛酸钾晶须 下所示: nMg2TiO4 + 2KOH K2O·nTiO2 + 2nMgO + H2O， ( 8) MgAl2O4 + 2KOH 2KAlO2 + MgO + H2O． ( 9) 在酸液冷凝回流过程中，钛酸盐与盐酸发生离 子交换反应，生成难溶于水的偏钛酸，而 Mg 和 Ca 的化合物则生成了可溶性的盐，经过滤洗涤后，Ti 元素以偏钛酸的形式从原渣复杂的矿相中分离出 来，X 射线荧光光谱法结果显示渣中 TiO2 含量为 87. 10% ． 此过程中相关反应方程式如下: CaO + 2HCl CaCl2 + H2O， ( 10) MgO + 2HCl MgCl2 + H2O， ( 11) K2O·nTiO2 + 2H  + nTiO2 ·H2O + 2K + ． ( 12) 本课题组前期实验基本确定了水热法处理含钛 电炉熔分渣的最佳反应条件是: 水 热 温 度 高 于 180 ℃，水热反应时间大于 24 h，碱 液 浓 度 达 到 12 mol·L － 1 ，盐酸浓度达 1. 5 mol·L － 1 ，冷凝回流时间 为 6 h． 图 3 为根据上述条件制备得到的偏钛酸的 X 射线衍射谱． 图谱中主要出现了偏钛酸的特征衍射 峰和少许镁铝尖晶石的特征衍射峰，说明所得偏钛 酸的纯度相对较高，但仍有少量杂质存在． 图 3 从含钛电炉熔分渣中制备的偏钛酸的 X 射线衍射谱 Fig． 3 XＲD pattern of metatitanic acid prepared from electric furnace molten slag with titanium 图 4 是从含钛电炉熔分渣中制备的偏钛酸的扫 描电镜照片和透射电镜照片． 从图 4 中可以看出， 经过酸液冷凝回流过程后生成的偏钛酸为单晶结 构，尺寸均一，呈一维纳米棒状结构，棒长约为200 ～ 350 nm，直径约为 35 ～ 70 nm． 图 4 从含钛电炉熔分渣中制备的偏钛酸的扫描电镜和透射电镜照片 Fig． 4 SEM and TEM images of metatitanic acid prepared from electric furnace molten slag with titanium 2. 2. 2 从中间产物偏钛酸制备六钛酸钾晶须 根据 TiO2 和 K2O 体系的二元相图可以得知， TiO2 和 K2O 以不同的摩尔比混合后在不同温度下 可以制备得到多种钛酸钾． 例如: 当反应温度在 926 ～ 1114 ℃范围内，TiO2 和 K2O 摩尔比为 2. 11 ～ 4. 00 时，可制备得到纯净的 K2Ti4O9 ． 同理，从相图 ·499·