Способ получения волокнистого гексатитаната калия

 

Использование: получение волокнистого титаната калия для наполнителей, электроизоляционных материалов, катализаторов, армирования бетонов, специальной техники. Сущность способа: 1 кг фтортитаната калия смешивают с 0,95 кг диоксида титана. Молярное отношение фтортитаната калия к диоксиду титана 0,5. Шихту прокаливают при 1300 С в течение 2 ч. Образуется 1,57 кг волокнистого гексатитаната калия. Выход составляет 92% .

Изобретение относится к способам получения волокнистого титаната калия и может найти применение в химической промышленности, в частности в производстве наполнителей, электроизоляционных материалов, катализаторов, при армировании бетонов и для специальной техники.

Известен способ получения волокнистого титаната калия путем приготовления шихты из карбоната калия и диоксида титана при молярном отношении К₂О к TiO₂= 0,25-0,40, помола, термообработки в присутствии катализатора: металла или оксида, например Li, Be, B, Na. при температуре до 1400^оС, охлаждения спека, выщелачивания и последующего выделения продукта с добавлением воды в шихту до влажности 10-25% (Авт. св. СССР N 1101412, кл. С 01 G 23/00,1984).

Известен также способ получения волокнистого гексатитана калия из шихты, содержащей соединение калия, например, К₂СО₃, разлагающегося при нагревании с образованием К₂О, и диоксид титана, при молярном отношении К₂О к TiO₂, равном 0,40-0,66. Смесь нагревают до 950-1100^оС, расплав закаливают. Порошок вновь подвергают термообработке при 900-1000^оС с получением смеси титанатов калия, которую для получения однофазного продукта экстрагируют водой и остаток прокаливают (Заявка Японии N 63-64997, кл . С 30 В 29/32, 1988).

По указанным способам использование избытка калиевой составляющей в исходной шихте (для образования гексатитаната калия по стехиометрии молярное отношение К₂О к TiO₂= 0,17) приводит к низкому выходу целевого продукта ( ≈70% по титану и 26-42% по калию), а также к необходимости многоступенчатой очистки целевого продукта от избытка калиевой составляющей путем выщелачивания, экстракции и прокаливания. Очистка и использование катализатора усложняют процесс.

Цель изобретения заключается в повышении выхода целевого продукта и упрощении процесса.

Цель достигается тем, что в способе получения волокнистого гексатитаната калия, включающем приготовление шихты из соединения калия и диоксида титана и ее термообработку, в качестве соединения калия используют фтортитанат калия, который смешивают с диоксидом титана в молярном отношении 0,2-0,5.

Сущность предложенного способа заключается в следующем. Берут один из фтортитанатов калия, например КTiO_1,25 F_2,5 ˙0,75Н₂О, К_1,75TiOF_3,75, К₂TiOF₄ ˙H₂O или К₂TiF₆ ˙H₂O, и смешивают с диоксидом титана в молярном отношении, необходимом для образования гексатитаната калия K₂Ti₆O₁₃ (фторотитанат калия: TiO₂= 0,2-0,5). При прокаливании такой шихты на воздухе с постепенным подъемом температуры со скоростью 8-10 град/мин до 960-1300^оС кристаллизуется волокнистый гексатитанат калия К₂Ti₆O₁₃. Состав соединения подтвержден рентгенофазовым анализом.

При увеличении отношения фтортитаната калия к TiO₂ более 0,50 целевой продукт будет загрязнен неволокнистой фазой К₃TiOF₅ со структурой криолита. При уменьшении отношения фтортитанат калия к TiO₂ менее 0,2 снижается выход целевого продукта и он будет загрязнен неволокнистой двуокисью титана. В результате прокаливания выделяется HF, который поглощают раствором КОН. Из раствора кристаллизуется KF 2H₂O, который используют для получения фтортитана калия.

Новизна способа заключается в том, что в качестве соединения калия используют фторотитанат калия, который активно взаимодействует с TiO₂ при нагревании с направленным образованием волокнистого гексатитаната K₂Ti₆O₁₃, что позволяет значительно повысить выход целевого продукта. В предложенном способе в связи с тем, что не требуется избытка калия, в продукте прокаливания не содержится примесь кислородсодержащего соединения калия. Отсюда нет необходимости в дополнительных операциях выщелачивания, экстракции и прокаливания.

П р и м е р 1. Берут 1 кг фтортитаната калия KTiO_1,25F_{2,5 ˙}0,75Н₂О, смешивают с 0,95 кг TiO₂ (молярное отношение фтортитаната к TiO₂= 0,5). Шихту прокаливают при 1300^оС в течение 2 ч. Образуется волокнистый гексатитанат калия К₂Ti₆O₁₃. Его масса 1,57 кг. Прямой выход в целевой продукт по калию и титану составляет 92% .

П р и м е р 2. Берут 1 кг фтортитаната К_1,75TiOF_3,75, который смешивают с 1,67 кг TiO₂ (молярное отношение фтортитаната к TiO₂= 0,2). Шихту прокаливают при 1000^оС в течение 5 ч. Масса плавится, из нее происходят испарения и сублимация волокнистого гексатитаната калия К₂Ti₆O₁₃. Его масса 2,19 кг. Прямой выход в целевой продукт по калию и титану составляет 89% .

П р и м е р 3. Берут 1 кг фтортитаната К₂TiOF₄ ˙H₂O, который смешивают с 1,69 кг TiO₂ (молярное отношение фтортитаната к TiO₂= 0,2). Шихту прокаливают при 960^оС в течение 4 ч. Образуется волокнистый гексатитаната калия К₂Ti₆O₁₃. Его масса 2,20 кг. Прямой выход по калию и титану в целевой продукт составляет 90,6% .

П р и м е р 4. Берут 1 кг фортитаната К₂TiF₆˙ H₂O, который смешивают с 1,55 кг TiO₂ (молярное отношение фтортитаната к TiO₂= 0,2). Шихту прокаливают при 1000^оС в течение 2 ч. Масса полученного волокнистого гексатината калия К₂Ti₆O₁₃ 1,91 кг. Прямой выход калия и титана в целевой продукт составляет 86% .

П р и м е р 5 (за пределами заявляемого способа). Берут 1 кг фтортитаната К₂TiF₆ H₂O, который смешивают с 3,10 кг TiO₂ (молярное отношение фтортитаната к TiO₂= 0,1). Шихту прокаливают при ≈ 1000^оС в течение 2 ч. Получена смесь, содержащая K₂Ti₆O₁₃ и непрореагировавшую TiO₂.

П р и м е р 6 (за пределами заявляемого способа). Берут 1 кг фтортитаната K₂TiOF₄ ˙H₂O, который смешивают с 0,56 кг TiO₂ (молярное отношение фтортитаната к TiO₂= 0,6). Шихту прокаливают при 960^оС в течение 4 ч. Образуется смесь титаната K₂Ti₆O₁₃ и фтортитаната K₂TiOF₅.

П р и м е р 7 (по способу-прототипу). Берут 1 кг K₂CO₃, который смешивают с 1,45 кг TiO₂ (молярное отношение К₂О к TiO₂= 0,4). Шихту нагревают до 1000^оС, расплав закаливают. Порошок подвергают термообработке при 1000^оС с получением 2,13 кг смеси растворимых титанатов K₄TiO₄, К₂Ti₄O₉ и нерастворимого волокнистого титана K₂Ti₆O₁₃. Смесь промывают водой, при этом экстрагируются растворимые титанаты. В остатке содержится 1,24 кг K₂Ti₆O₁₃. Выход от шихты в целевой продукт по титану 72% , по калию - 30% .

Из приведенных примеров видно, что по предложенному способу все исходные реагенты расходуются на образование целевого продукта, благодаря чему обеспечивается высокий выход в целевой продукт по калию и титану 86-92% . Кроме того, способ существенно упрощается так как он не требует проведения операций по очистке продукта прокаливания от примесных фаз.

(56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1101412, кл. С 01 G 23/00, 1984.

2. Заявка Японии N 63-64997, кл. С 30 В 29/32, 1988.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКНИСТОГО ГЕКСАТИТАНАТА КАЛИЯ, включающий смешивание соединения калия и диоксида титана и термообработку полученной смеси, отличающийся тем, что в качестве соединения калия используют фтортитанат калия и смешивание ведут при молярном отношении фтортитаната калия к диоксиду титана 0,2 - 0,5.