固体TiOSO4的研制.doc

固体TiOSO4的合成董鲁艳*董鲁艳，女，1968年生，工程师，主要研究方向：钛氧化合物的合成工艺研究。，李鑫济南裕兴化工有限责任公司摘要：以偏钛酸和硫酸为原料合成了硫酸氧钛（TiOSO4），考察了工艺参数：硫酸浓度、反应温度、偏钛酸浓度对合成产物的影响，最终确定了获得TiOSO4的最佳工艺参数，偏钛酸，浓度为380g/l400g/l，硫酸浓度为95%以上，偏钛酸预热温度为80，浓H2SO4预热为170，反应体系温度控制在200250。关键词：硫酸氧钛；偏钛酸；硫酸Synthesis of solid TiOSO4Dong Lu-yan, Li XinJinan Yuxing Chemical Cor. LtdAbstract: Solid TiOSO4 was synthesized with metatitanic acid and sulphuric acid, the dependence of sulphuric acid concentration, reaction temperature, metatitanic acid concentration on product was investigated. The optimal parameters were detemined based on the experiment, the metatitanic acid concentration was 380 g/l400 g/l, the sulphuric acid concentration is above 95%, the reaction temperature was ranged from 200 to 250.Keywords: TiOSO4; sulphuric acid; metatitanic acid0 前言固体TiOSO4是一种白色或稍带黄色粉末，有潮解性，能溶于凉水，但在热水中易发生水解反应，相对密度为1.47。固体TiOSO4可以用作纤维织物媒染剂，还原剂和染料褪色剂，广泛用于电镀行业，以代替铬酸酐进行无铬钝化处理。目前，国内生产固体TiOSO4的厂家很少，但需求量越来越大，为了增多钛系的品种，特此对固体TiOSO4的合成进行初步探讨。1 工艺原理通常所说的TiOSO4，都是指液态的，它是用来生产偏钛酸的一种中间体。这种TiOSO4是以钛铁矿为原料生产的，杂质很多，不能做为一种产品来使用。现用偏钛酸为原料制取纯净的TiOSO4固体。偏钛酸与H2SO4发生化学反应如下：把反应产物进行过滤、干燥，即可获得TiOSO4成品。2 原料偏钛酸：用工业大生产二洗后的偏钛酸加水配制为380g/l400g/l的浆液；浓硫酸：95%3 试验过程3.1 工艺路线的选择根据文献资料，把浓H2SO4慢慢加入到偏钛酸中，加热至沸腾使偏钛酸能完全溶解，最低的浓硫酸的加量应为偏钛酸的3倍（重量比）。但继续加热，见不到有固体析出，反而溶液变粘稠，在烧杯内倒不出。基于上述实验的结果，改变加料方式：把浓H2SO4加热后，把预热的偏钛酸与热H2SO4混合。发现，反应非常激烈，容易把料溅出，比较危险。由于实验的危险型，用三口瓶代替烧杯进行试验，经过多次试验，最后终于得到固体TiOSO4。3.2 反应温度的选择确定了上述工艺路线，反应温度是需要研究的关键问题。因为偏钛酸的浓度高，温度高于85加热时，容易外溅，所以控制偏钛酸的预热温度在80左右。表1 反应温度优选结果偏钛酸温度浓硫酸温度反应体系温度有无固体析出80100120无80150180无80170200有由表1可知，偏钛酸预热温度为80，浓H2SO4预热温度为170，反应温度控制在200以上，反应能够顺利进行，析出固体TiOSO4。3.3 硫酸浓度的选择用不同浓度的硫酸做了对比试验，其TiOSO4收率如表2所列。表2 硫酸浓度与TiOSO4收率的关系表酸浓%959085预热时间min151720TiOSO4收率%834221从表2数据可以看出，所用硫酸浓越低，加热时间越长，能量消耗高，而且收率低，所以必须选择浓H2SO4，应在95%以上。3.4 偏钛酸浓度的选择稀偏钛酸加浓H2SO4中，容易把浓H2SO4稀释，反应温度不容易升至200。为了不致稀释浓H2SO4，用烘干的偏钛酸代替偏钛酸浆做试验，结果发现，粉末状偏钛酸加入H2SO4中，不能完全溶解，始终有偏钛酸颗粒存在，这样会严重影响产品质量。根据试验结果，考虑到加料方便，确定偏钛酸浓度为380g/l400g/l。3.5 偏钛酸的加量变化偏钛酸与硫酸重量比，观察的试验结果如表3所示。表3 偏钛酸的加量对试验结果的影响偏钛酸（TiO2）与硫酸重量比结果1/2偏钛酸不能完全溶解1/3能完全溶解，不析出固体1/4能完全溶解，析出固体从3可以确定偏钛酸的最大加入量应为H2SO4重量的1/4。3.6 偏钛酸中铁含量对产品质量的影响为了证明铁含量高对产品质量的影响，用一洗的偏钛酸做原料进行了实验，结果发现反应过程中酸偏黑色，析出固体稍带绿色，烘干后黄色偏重，影响产品的质量。3.7 产品质量的分析产品质量分析如表4所列。表4 产品成分表成份TiOSO4%H2SO4%质量指标4650%3540%产品59.2%38.6%从上表4可以看出，生产的产品酸含量正在指标内，而TiOSO4的含量比指标还高，说明该产品完全符合要求。4讨论两种原料的预热温度和浓度，直接关系到产品的产量和质量。在TiO2SO3H2O系统中有多种复合物，如TiO2SO32H2O，TiO22SO33H2O等，只有在温度在200250的浓酸环境中才能生成TiOSO4这一种化合物，否则将有其它复合物生成。原料配比，偏钛酸太少，H2SO4利用率太低，造成消耗高。加量太多，反应不完全，析不出纯净的TiOSO4。热源问题，温度要求在200以上，一般蒸汽达不到，用高压蒸汽设备有困难。可以选择矿物油（例如压缩机油、气缸油），在250以下，不需高压加热。偏钛酸加入热硫酸中，反应很激烈，物料容量溅出，一定要注意安全，反应罐上要有拔气筒。5 结论用偏钛酸与浓H2SO4反应，合成了固体TiOSO4。最佳的工艺参数为：偏钛酸，浓度为380g/l400g/l，硫酸浓度为95%以上，偏钛酸预热温度为80，浓H2SO4预热为170，反应体系温度控制在200250。参考文献：1周石柔，徐中海，廖德仲，TiOSO4/SiO2催化合成油酸月桂酯，湖南理工学院学报(自然科学版)，2009,22（1）：6265.2田从学，张昭，从工业TiOSO4液合成介孔TiO2分子筛的工艺及机理研究，电子元件与材料，2008,27（7）：6869.3何节玉，廖德仲，La2O3/TiOSO4催化合