·936 北京科技大学学报 第34卷 慢且不充分，使得新生成的钛酸钠或偏钛酸钠较少， 相中脱离下来，生长成为具有一定取向的棒状结构， 结晶程度不高，生成后无法从原渣相中剥离下来，依 如图8(b)所示.当水热反应温度继续提高到 附在原渣上面，形成团聚严重在一起的颗粒，在扫描 180℃，此时渣中的钛几乎全部生成了含钛新相，可 电镜下呈现出图8(a)的结构特征.当水热反应温 以从渣中脱离下来，在相应离子的作用下，沿着一定 度升高到160℃时，炉渣颗粒与碱液的液固反应相 的方向生长成为较长的纳米片状结构，如图6(b) 对充分，生成的钛酸钠或偏钛酸钠能够部分从原渣 所示 200m 200m 图8不同水热反应温度下生成的二氧化钛产物的扫描电镜照片.(a)140℃：(b)160℃ Fig.8 SEM images of Ti02 prepared at different temperatures:(a)140C:(b)160 C 2.4碱液浓度对二氧化钛产物的物相及微观形貌 的影响 0金红石型 口锐钛矿型 为了研究不同碱液浓度对生成的二氧化钛产物 的纯度和微观形貌的影响，对所制备的样品进行X 射线衍射和扫描电镜的表征.图9是水热反应温度 为180℃、反应时间为24h时，不同碱液浓度条件下 制备得到的产物的X射线衍射谱.从图9中可以看 出，在选定的碱液浓度条件下，图中均出现金红石型 二氧化钛的特征衍射峰和锐钛矿型二氧化钛的特征 20 0 60 80 衍射峰，并且随着碱液浓度从6mol·L-1增加至 26) 12molL1,二氧化钛相应特征衍射峰的峰强有了 1一碱液浓度为6mL1:2一碱液浓度为9mol·L1:3一碱液浓 明显的增强，同时一些小的杂峰消失，说明随着碱液 度为12moL1 图9不同碱液浓度下从电炉熔分渣中制备的二氧化钛的X射 浓度的增大，二氧化钛产物的纯度增加且结晶程度 线衍射谱 逐渐提高.因此，12molL的碱液浓度对于从电炉 Fig.9 XRD patterns of TiO2 prepared from electric furnace molten 熔分渣中提取纯净的二氧化钛相对最为有利. slag at different alkaline solution concentrations 本文针对碱液浓度对二氧化钛产物微观形貌的 影响进行了扫描电镜的分析.由图10和图6(b)可 于提取反应的进一步进行和含钛新相的进一步生 以看出，随着碱液浓度由6mol·L-1增加到 长.由图10可以看出，碱液浓度较低时，碱液与炉 12molL-1,生成的二氧化钛的微观形貌由严重团 渣颗粒的反应仅在炉渣的部分表面发生，随着反应 聚在一起的近颗粒状结构（图10(a)),经由颗粒状 的进行，碱液中溶质质量的减少使得钛的新相生成 与棒状结构共存的状态（图10(b)),最终转变为分 后在原渣相的表面不能得到充分的生长结晶，在扫 散性较好的纳米片状结构（图6(b)).一般地，碱液 描电镜下呈现出图10(a)的结构特征.当碱液浓度 与炉渣颗粒发生反应的场所是在炉渣颗粒的表面. 提高后，电炉熔分渣与碱液的反应相对充分，并且新 随着水热反应的进行，一方面新生成的含钛相（钛 生成的含钛相部分能够得到较为充分的生长、结晶， 酸钠或偏钛酸钠)依附在原渣相的表面继续生长； 从原渣相中脱离出来，沿着一定的方向生长成为棒 另一方面碱液会进一步扩散到炉渣内部继续与其发 状结构，如图10(b)所示.当碱液浓度继续提高到 生反应，生成更多的钛酸钠或偏钛酸钠，同时碱液与 12molL1,二氧化钛就可以达到图6(b)的相对均 炉渣颗粒的反应使得炉渣结构变得更为疏松，有利 匀的纳米片状结构北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 慢且不充分，使得新生成的钛酸钠或偏钛酸钠较少， 结晶程度不高，生成后无法从原渣相中剥离下来，依 附在原渣上面，形成团聚严重在一起的颗粒，在扫描 电镜下呈现出图 8( a) 的结构特征． 当水热反应温 度升高到 160 ℃ 时，炉渣颗粒与碱液的液固反应相 对充分，生成的钛酸钠或偏钛酸钠能够部分从原渣 相中脱离下来，生长成为具有一定取向的棒状结构， 如图 8 ( b) 所 示． 当水热反应温度继续提高到 180 ℃，此时渣中的钛几乎全部生成了含钛新相，可 以从渣中脱离下来，在相应离子的作用下，沿着一定 的方向生长成为较长的纳米片状结构，如图 6 ( b) 所示． 图 8 不同水热反应温度下生成的二氧化钛产物的扫描电镜照片． ( a) 140 ℃ ; ( b) 160 ℃ Fig． 8 SEM images of TiO2 prepared at different temperatures: ( a) 140 ℃ ; ( b) 160 ℃ 2. 4 碱液浓度对二氧化钛产物的物相及微观形貌 的影响 为了研究不同碱液浓度对生成的二氧化钛产物 的纯度和微观形貌的影响，对所制备的样品进行 X 射线衍射和扫描电镜的表征． 图 9 是水热反应温度 为 180 ℃、反应时间为 24 h 时，不同碱液浓度条件下 制备得到的产物的 X 射线衍射谱． 从图 9 中可以看 出，在选定的碱液浓度条件下，图中均出现金红石型 二氧化钛的特征衍射峰和锐钛矿型二氧化钛的特征 衍射峰，并且随着碱液浓度从 6 mol·L － 1 增 加 至 12 mol·L － 1 ，二氧化钛相应特征衍射峰的峰强有了 明显的增强，同时一些小的杂峰消失，说明随着碱液 浓度的增大，二氧化钛产物的纯度增加且结晶程度 逐渐提高． 因此，12 mol·L － 1 的碱液浓度对于从电炉 熔分渣中提取纯净的二氧化钛相对最为有利． 本文针对碱液浓度对二氧化钛产物微观形貌的 影响进行了扫描电镜的分析． 由图 10 和图 6( b) 可 以看 出，随着碱液浓度由 6 mol·L － 1 增 加 到 12 mol·L － 1 ，生成的二氧化钛的微观形貌由严重团 聚在一起的近颗粒状结构( 图 10( a) ) ，经由颗粒状 与棒状结构共存的状态( 图 10( b) ) ，最终转变为分 散性较好的纳米片状结构( 图 6( b) ) ． 一般地，碱液 与炉渣颗粒发生反应的场所是在炉渣颗粒的表面． 随着水热反应的进行，一方面新生成的含钛相( 钛 酸钠或偏钛酸钠) 依附在原渣相的表面继续生长; 另一方面碱液会进一步扩散到炉渣内部继续与其发 生反应，生成更多的钛酸钠或偏钛酸钠，同时碱液与 炉渣颗粒的反应使得炉渣结构变得更为疏松，有利 1—碱液浓度为 6 mol·L － 1 ; 2—碱液浓度为 9 mol·L － 1 ; 3—碱液浓 度为 12 mol·L － 1 图 9 不同碱液浓度下从电炉熔分渣中制备的二氧化钛的 X 射 线衍射谱 Fig． 9 XRD patterns of TiO2 prepared from electric furnace molten slag at different alkaline solution concentrations 于提取反应的进一步进行和含钛新相的进一步生 长． 由图 10 可以看出，碱液浓度较低时，碱液与炉 渣颗粒的反应仅在炉渣的部分表面发生，随着反应 的进行，碱液中溶质质量的减少使得钛的新相生成 后在原渣相的表面不能得到充分的生长结晶，在扫 描电镜下呈现出图 10( a) 的结构特征． 当碱液浓度 提高后，电炉熔分渣与碱液的反应相对充分，并且新 生成的含钛相部分能够得到较为充分的生长、结晶， 从原渣相中脱离出来，沿着一定的方向生长成为棒 状结构，如图 10( b) 所示． 当碱液浓度继续提高到 12 mol·L － 1 ，二氧化钛就可以达到图 6( b) 的相对均 匀的纳米片状结构． ·936·