·500· 北京科技大学学报 第36卷 中还可知生成六钛酸钾的反应温度为1114~ 。KTi0 1370℃，Ti0,和K,0摩尔比为2.52~6.13.具体的 Ti0, K.Ti,On 反应方程式如下： 2.00 6Ti02(s)+K,0(s)=K,Ti,013(s).(13) 由此可见，影响钛酸钾合成的因素主要有煅烧 1.75 温度以及TiO2和K,0摩尔比.针对合成K,Ti03 晶须而言，其理论合成温度至少应控制在1100℃以 上，T02和K,0摩尔比约为3~6.另外，保温时间 1.50 . 应当加以控制，保温时间过长或过短均会严重影响 10.2030405060708090 晶须的产率和微观形貌. 20r 经上述分析可知，钛钾摩尔比对于产物的物相 图5不同钛钾摩尔比下从含钛电炉熔分渣中制备的六钛酸钾 组成及相对含量有显著影响，而锻烧温度和保温时 品须的X射线衍射谱.锻烧温度1100℃，保温时间5h,钛钾摩尔 间则对六钛酸钾晶须的微观形貌影响较大.因此， 比为1.50、1.75和2.00 本文详细探讨了钛钾摩尔比、煅烧温度和保温时间 Fig.5 XRD pattems of potassium titanate whiskers prepared from electric furnace molten slag with titanium at different titanium-o-po- 对最终产物物相以及微观形貌的影响.此外，由于 tassium mole ratios of 1.50,1.75 and 2.00 (calcination temperature 在反应的过程中，晶须的表面会有水溶性物质存在， 1100℃，reaction time5h) 所以将煅烧后的产物在沸水中浸煮2h,探讨水浸过 高到1.75和2.00时，熔融状态的氢氧化钾与偏钛 程对六钛酸钾晶须微观形貌的影响. 2.3钛钾摩尔比对六钛酸钾晶须物相及微观形貌 酸（或二氧化钛）接触充分，发生的反应更完全.在 的影响 此条件下制备得到的产物主要为六钛酸钾晶须，晶 钛酸钾的分子式为K,0·nTi02,所以钛钾摩尔 须的长度有了明显的增长，且分散性较好.因此，结 比对产物的物相组成有较大影响.为了研究钛钾摩 合上述X射线衍射结果分析可知，钛钾摩尔比控制 在1.75最为适宜. 尔比对最终产物物相及微观形貌的影响，对所制备 的样品进行了X射线衍射和扫描电镜的表征.图5 2.4煅烧温度对六钛酸钾晶须物相及微观形貌的 影响 为煅烧温度1100℃，保温时间5h时，不同钛钾摩尔 比条件下制得的产物的X射线衍射图谱.从图5中 为了研究不同煅烧温度对生成的六钛酸钾产物 可以看出，当钛钾摩尔比为1.50、1.75及2.00时， 的纯度和微观形貌的影响，对所制备的样品进行了 图谱中显示均出现了六钛酸钾晶须的特征衍射峰， X射线衍射表征和扫描电镜观察.图7是钛钾摩尔 比为1.75，保温时间为5h时，不同煅烧温度下制备 并且随着钛钾摩尔比的增加，K,Ti6Oa衍射峰的峰 强逐渐增大.具体地，当钛钾摩尔比由1.50增加至 得到的产物的X射线衍射谱.从图7中可以看出， 1.75时，图谱中原本存在的K,Ti0,的衍射峰基本 在选定的温度条件下，图中均主要出现了K,T6O13 消失，K,T,O1,衍射峰的峰强逐渐增大：当钛钾摩尔 的特征衍射峰，分别在20=11.5°、13.8°、19.7°、 24.1°、29.3°、29.9°、33.7°、34.7°、43.1°、43.5°、 比由1.75增加到2.00时，产物的物相组成主要是 K2Ti,013,但同时伴有K,Tig01,和TiO2的出现.可 47.9°57.6°、60.2°和65.5°，这些衍射峰与KTi,0的 见，只有适当控制钛钾摩尔比为1.75时才能获得较 X射线衍射标准卡片(00-040-0403)的(200)、 为纯净的K2Ti6013晶体. (201)、(002)、(110)、(310)、(31i)、(203)、 图6为不同钛钾摩尔比条件下所得产物的扫描 (601)、(404)、(602)、(020)、(223)、(515)和 电镜照片.从图6中可以看出，当钛钾摩尔比为 (206)晶面的衍射峰位相吻合.在煅烧温度为800 1.50时，产物成簇状团聚在一起，形状不规则.这是 ℃时，合成产物主要是六钛酸钾品须和金红石型二 由于当钛钾摩尔比较低时，熔融状态的氢氧化钾只 氧化钛：随着煅烧温度从900℃升高到1200℃， 能与部分固体物质（偏钛酸或由偏钛酸脱水生成的 K,T,O,相应特征衍射峰的峰强有了明显的增强， 二氧化钛)接触并发生多种化学反应，使得向生成 并且一些小的杂峰消失，说明随着煅烧温度的升高， K2Ti0的方向进行的反应（如方程式(13）)不够充 K,T。O产物的纯度增加且结晶程度逐渐提高.此 分，因此在团聚的固体物质中只能生成少量的晶须 外，当煅烧温度达到1100℃以上时，杂质镁铝尖晶 状的KTi,Os及块状的K,Ti,O1,·当钛钾摩尔比提 石的衍射峰很弱，所制得的六钛酸钾品须纯度较高，北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 中还 可 知 生 成 六 钛 酸钾的反应温度为 1114 ～ 1370 ℃，TiO2 和 K2O 摩尔比为 2. 52 ～ 6. 13. 具体的 反应方程式如下: 6TiO2 ( s) + K2O( s) K2Ti6O13 ( s) ． ( 13) 由此可见，影响钛酸钾合成的因素主要有煅烧 温度以及 TiO2 和 K2O 摩尔比． 针对合成 K2Ti6 O13 晶须而言，其理论合成温度至少应控制在 1100 ℃ 以 上，TiO2 和 K2O 摩尔比约为 3 ～ 6. 另外，保温时间 应当加以控制，保温时间过长或过短均会严重影响 晶须的产率和微观形貌． 经上述分析可知，钛钾摩尔比对于产物的物相 组成及相对含量有显著影响，而煅烧温度和保温时 间则对六钛酸钾晶须的微观形貌影响较大． 因此， 本文详细探讨了钛钾摩尔比、煅烧温度和保温时间 对最终产物物相以及微观形貌的影响． 此外，由于 在反应的过程中，晶须的表面会有水溶性物质存在， 所以将煅烧后的产物在沸水中浸煮 2 h，探讨水浸过 程对六钛酸钾晶须微观形貌的影响． 2. 3 钛钾摩尔比对六钛酸钾晶须物相及微观形貌 的影响 钛酸钾的分子式为 K2O·nTiO2，所以钛钾摩尔 比对产物的物相组成有较大影响． 为了研究钛钾摩 尔比对最终产物物相及微观形貌的影响，对所制备 的样品进行了 X 射线衍射和扫描电镜的表征． 图 5 为煅烧温度 1100 ℃，保温时间 5 h 时，不同钛钾摩尔 比条件下制得的产物的 X 射线衍射图谱． 从图 5 中 可以看出，当钛钾摩尔比为 1. 50、1. 75 及 2. 00 时， 图谱中显示均出现了六钛酸钾晶须的特征衍射峰， 并且随着钛钾摩尔比的增加，K2Ti6 O13 衍射峰的峰 强逐渐增大． 具体地，当钛钾摩尔比由 1. 50 增加至 1. 75 时，图谱中原本存在的 K2Ti8O17的衍射峰基本 消失，K2Ti6O13衍射峰的峰强逐渐增大; 当钛钾摩尔 比由 1. 75 增加到 2. 00 时，产物的物相组成主要是 K2Ti6O13，但同时伴有 K2Ti8 O17 和 TiO2 的出现． 可 见，只有适当控制钛钾摩尔比为 1. 75 时才能获得较 为纯净的 K2Ti6O13晶体． 图 6 为不同钛钾摩尔比条件下所得产物的扫描 电镜照片． 从图 6 中可以看出，当钛钾摩尔比为 1. 50 时，产物成簇状团聚在一起，形状不规则． 这是 由于当钛钾摩尔比较低时，熔融状态的氢氧化钾只 能与部分固体物质( 偏钛酸或由偏钛酸脱水生成的 二氧化钛) 接触并发生多种化学反应，使得向生成 K2Ti6O13的方向进行的反应( 如方程式( 13) ) 不够充 分，因此在团聚的固体物质中只能生成少量的晶须 状的 K2Ti6O13及块状的 K2Ti8O17 ． 当钛钾摩尔比提 图 5 不同钛钾摩尔比下从含钛电炉熔分渣中制备的六钛酸钾 晶须的 X 射线衍射谱． 煅烧温度 1100 ℃，保温时间 5 h，钛钾摩尔 比为 1. 50、1. 75 和 2. 00 Fig． 5 XＲD patterns of potassium titanate whiskers prepared from electric furnace molten slag with titanium at different titanium-to-po￾tassium mole ratios of 1. 50，1. 75 and 2. 00 ( calcination temperature 1100 ℃，reaction time 5 h) 高到 1. 75 和 2. 00 时，熔融状态的氢氧化钾与偏钛 酸( 或二氧化钛) 接触充分，发生的反应更完全． 在 此条件下制备得到的产物主要为六钛酸钾晶须，晶 须的长度有了明显的增长，且分散性较好． 因此，结 合上述 X 射线衍射结果分析可知，钛钾摩尔比控制 在 1. 75 最为适宜． 2. 4 煅烧温度对六钛酸钾晶须物相及微观形貌的 影响 为了研究不同煅烧温度对生成的六钛酸钾产物 的纯度和微观形貌的影响，对所制备的样品进行了 X 射线衍射表征和扫描电镜观察． 图 7 是钛钾摩尔 比为 1. 75，保温时间为 5 h 时，不同煅烧温度下制备 得到的产物的 X 射线衍射谱． 从图 7 中可以看出， 在选定的温度条件下，图中均主要出现了 K2Ti6O13 的特 征 衍 射 峰，分 别 在 2θ = 11. 5°、13. 8°、19. 7°、 24. 1°、29. 3°、29. 9°、33. 7°、34. 7°、43. 1°、43. 5°、 47. 9°、57. 6°、60. 2°和 65. 5°，这些衍射峰与 K2Ti6O13的 X 射线 衍 射 标 准 卡 片 ( 00--040--0403 ) 的 ( 200 ) 、 ( 201 － ) 、( 002 ) 、( 110 ) 、( 310 ) 、( 311 － ) 、( 203 － ) 、 ( 601) 、( 404 － ) 、( 602 ) 、( 020 ) 、( 223 － ) 、( 515 － ) 和 ( 206) 晶面的衍射峰位相吻合． 在煅烧温度为 800 ℃时，合成产物主要是六钛酸钾晶须和金红石型二 氧化 钛; 随着煅烧温度从 900 ℃ 升 高 到1200 ℃， K2Ti6O13相应特征衍射峰的峰强有了明显的增强， 并且一些小的杂峰消失，说明随着煅烧温度的升高， K2Ti6O13产物的纯度增加且结晶程度逐渐提高． 此 外，当煅烧温度达到 1100 ℃ 以上时，杂质镁铝尖晶 石的衍射峰很弱，所制得的六钛酸钾晶须纯度较高． ·500·