CAJ | 학술논문

钛白(TiO2)纳米粉末具有反应活性高、可见光透过性好、吸收紫外光性能强等持点,可用作高级油漆、涂料、精细陶瓷、催化剂和化妆品等的原料,具有广阔的应用前景.钛白的制备分为硫酸法和氯化法.硫酸法对钛矿的要求不高,工艺相对简单和成熟,在中国已经普遍采用,但是能耗高、污染大、产品质量差,在国际上处于淘汰的地位.相反,氯化法虽然对钛矿的要求高,但是其流程短、污染小、产品质量容易控制,是在国际上处于推广的技术,但是该技术相对不成熟需要进一步研究和完善,如:如何使用中国比较富有的矿物:钛铁矿.氯化法的工艺分为三步:矿物的前处理、矿物的氯化和四氯化钛转化制钛白.本文介绍了文献中有关矿物氯化和四氯化钛转化工艺的研究和开发进展.本文简单介绍了体系达到平衡时基于Gibbs自由能最小的热力学原理,从而确定系统的平衡组成;还介绍了可以预测气相法合成纳米颗粒直径的颗粒动力学模型.本文使用热力学原理分别分析了这三个过程,得到了这三个过程各自的最佳反应温度、最佳配比、以及杂质在矿物氯化和四氯化钛转化过程中的变化、对过程的影响,等.然后使用颗粒动力学模型,研究四氯化钛转化制钛白的反应器,以获得控制纳米颗粒尺度的策略.本文的结论是:在矿物的前处理中,应当将钛铁矿与焦碳在1 200 K的温度下,进行焙烧,钛铁矿分解为金红石矿和氧化亚铁,通过酸洗可以将氧化铁除去,同时除去钙、镁,从而得到相对较纯的金红石矿.但是在焙烧过程中,氮气的含量将控制.在氯化过程中,发现(1)将金红石矿与焦碳一起焙烧,将提高金红石矿的利用率;(2)金红石矿:氯气:焦碳的比例为1:3:3;(3)反应最好在两个流化床反应器中进行,第一流化床反应器的温度为1 200～1 500 K,第二流化床反应器的温度为1 000～1200 K,这样金红石矿的利用率高,四氯化钛的收率高,而部分杂质将以液态形式被去除;(4)在氯气中含有一定的空气是允许的,但是其代价是将消耗更多的焦碳,产生CO;(5)金红石矿中杂质(钛铁矿、钙钛矿、镁钛矿、硅石、钒矿)的含量需要足够低,因为这些杂质很容易转化为相应的氯化物,从而使产品的纯度降低.但是金红石矿中含有少量铝土矿是允许的.在转化制备纳米钛白的过程中,发现:(1)通过模拟计算得到的纳米颗粒的大小与实验测定值比较接近;(2)反应中总的气量增加,纳米颗粒的粒度减少;四氯化钛的进料浓度增加,纳米颗粒的粒度增加;反应温度和反应器长度的增加,纳米颗粒的粒度也将增加. 鈦白(TiO2)納米粉末具有反應活性高、可見光透過性好、吸收紫外光性能彊等持點,可用作高級油漆、塗料、精細陶瓷、催化劑和化妝品等的原料,具有廣闊的應用前景.鈦白的製備分為硫痠法和氯化法.硫痠法對鈦礦的要求不高,工藝相對簡單和成熟,在中國已經普遍採用,但是能耗高、汙染大、產品質量差,在國際上處于淘汰的地位.相反,氯化法雖然對鈦礦的要求高,但是其流程短、汙染小、產品質量容易控製,是在國際上處于推廣的技術,但是該技術相對不成熟需要進一步研究和完善,如:如何使用中國比較富有的礦物:鈦鐵礦.氯化法的工藝分為三步:礦物的前處理、礦物的氯化和四氯化鈦轉化製鈦白.本文介紹瞭文獻中有關礦物氯化和四氯化鈦轉化工藝的研究和開髮進展.本文簡單介紹瞭體繫達到平衡時基于Gibbs自由能最小的熱力學原理,從而確定繫統的平衡組成;還介紹瞭可以預測氣相法閤成納米顆粒直徑的顆粒動力學模型.本文使用熱力學原理分彆分析瞭這三箇過程,得到瞭這三箇過程各自的最佳反應溫度、最佳配比、以及雜質在礦物氯化和四氯化鈦轉化過程中的變化、對過程的影響,等.然後使用顆粒動力學模型,研究四氯化鈦轉化製鈦白的反應器,以穫得控製納米顆粒呎度的策略.本文的結論是:在礦物的前處理中,應噹將鈦鐵礦與焦碳在1 200 K的溫度下,進行焙燒,鈦鐵礦分解為金紅石礦和氧化亞鐵,通過痠洗可以將氧化鐵除去,同時除去鈣、鎂,從而得到相對較純的金紅石礦.但是在焙燒過程中,氮氣的含量將控製.在氯化過程中,髮現(1)將金紅石礦與焦碳一起焙燒,將提高金紅石礦的利用率;(2)金紅石礦:氯氣:焦碳的比例為1:3:3;(3)反應最好在兩箇流化床反應器中進行,第一流化床反應器的溫度為1 200～1 500 K,第二流化床反應器的溫度為1 000～1200 K,這樣金紅石礦的利用率高,四氯化鈦的收率高,而部分雜質將以液態形式被去除;(4)在氯氣中含有一定的空氣是允許的,但是其代價是將消耗更多的焦碳,產生CO;(5)金紅石礦中雜質(鈦鐵礦、鈣鈦礦、鎂鈦礦、硅石、釩礦)的含量需要足夠低,因為這些雜質很容易轉化為相應的氯化物,從而使產品的純度降低.但是金紅石礦中含有少量鋁土礦是允許的.在轉化製備納米鈦白的過程中,髮現:(1)通過模擬計算得到的納米顆粒的大小與實驗測定值比較接近;(2)反應中總的氣量增加,納米顆粒的粒度減少;四氯化鈦的進料濃度增加,納米顆粒的粒度增加;反應溫度和反應器長度的增加,納米顆粒的粒度也將增加.
태백(TiO2)납미분말구유반응활성고、가견광투과성호、흡수자외광성능강등지점,가용작고급유칠、도료、정세도자、최화제화화장품등적원료,구유엄활적응용전경.태백적제비분위류산법화록화법.류산법대태광적요구불고,공예상대간단화성숙,재중국이경보편채용,단시능모고、오염대、산품질량차,재국제상처우도태적지위.상반,록화법수연대태광적요구고,단시기류정단、오염소、산품질량용역공제,시재국제상처우추엄적기술,단시해기술상대불성숙수요진일보연구화완선,여:여하사용중국비교부유적광물:태철광.록화법적공예분위삼보:광물적전처리、광물적록화화사록화태전화제태백.본문개소료문헌중유관광물록화화사록화태전화공예적연구화개발진전.본문간단개소료체계체도평형시기우Gibbs자유능최소적열역학원리,종이학정계통적평형조성;환개소료가이예측기상법합성납미과립직경적과립동역학모형.본문사용열역학원리분별분석료저삼개과정,득도료저삼개과정각자적최가반응온도、최가배비、이급잡질재광물록화화사록화태전화과정중적변화、대과정적영향,등.연후사용과립동역학모형,연구사록화태전화제태백적반응기,이획득공제납미과립척도적책략.본문적결론시:재광물적전처리중,응당장태철광여초탄재1 200 K적온도하,진행배소,태철광분해위금홍석광화양화아철,통과산세가이장양화철제거,동시제거개、미,종이득도상대교순적금홍석광.단시재배소과정중,담기적함량장공제.재록화과정중,발현(1)장금홍석광여초탄일기배소,장제고금홍석광적이용솔;(2)금홍석광:록기:초탄적비례위1:3:3;(3)반응최호재량개류화상반응기중진행,제일류화상반응기적온도위1 200～1 500 K,제이류화상반응기적온도위1 000～1200 K,저양금홍석광적이용솔고,사록화태적수솔고,이부분잡질장이액태형식피거제;(4)재록기중함유일정적공기시윤허적,단시기대개시장소모경다적초탄,산생CO;(5)금홍석광중잡질(태철광、개태광、미태광、규석、범광)적함량수요족구저,인위저사잡질흔용역전화위상응적록화물,종이사산품적순도강저.단시금홍석광중함유소량려토광시윤허적.재전화제비납미태백적과정중,발현:(1)통과모의계산득도적납미과립적대소여실험측정치비교접근;(2)반응중총적기량증가,납미과립적립도감소;사록화태적진료농도증가,납미과립적립도증가;반응온도화반응기장도적증가,납미과립적립도야장증가.
Recent referential studies on the preparation of titanium tetrachloride and titania nanoparticles were briefly reviewed. Three important processes, namely, the pretreatment of ore, the chlorination of rutile ore and the transformation of titanium tetrachloride were analyzed using thermodynamic and particle dynamic theories. The optimal reaction conditions ( temperature, etc. ) for the three processes were obtained. Effects of additives or contaminates in the chlorination and oxidation processes on producing titania were analyzed.Strategies to control titania nanoparticle size were found.