二氧化鈦的製備方法以及製備裝置與流程
2024-02-17 17:11:15
本發明涉及一種工藝效率性以及生產性優秀，並且環保的二氧化鈦的製備方法以及製備裝置。
背景技術：
二氧化鈦(tio2)是一個過渡金屬鈦原子與氧原子結合而成的分子，分子量為79.866g/mol。這樣的二氧化鈦具有穩定的物理性質以及化學性質，折射率在2.5以上，甚至大於天然材料中折射率最高的鑽石。當折射率高時，在光學材料中從折射率低的介質向外部射出的光的量會大，因此在光波導型中，可減小光波導核心的大小或光學透鏡的厚度。此外，當將高折射率粒子分散於高分子介質中時，散射光的能力優秀，因而進一步提高白度。因此，二氧化鈦由於其高折射率特性，很久以前開始就已成為用作白色顏料的重要的工業材料之一。
在結晶結構方面，二氧化鈦有銳鈦礦(anatase)、板鈦礦(brookite)、金紅石(rutile)三種晶形。若想用作白色顏料，則要求具備優秀的折射指數，因此主要使用其中的銳鈦礦型和金紅石型。在結晶結構方面，銳鈦礦型和金紅石型的共同點在於，基本的單位為六個氧原子(o2-)圍繞在鈦離子(ti4+)周圍的八面體(octahedra,tio62-)。但是，金紅石型為略微偏斜的斜方晶系，而銳鈦礦型是八面體嚴重偏斜，因而對稱性遠低於斜方晶系的結構。此外，在金紅石結構中結晶單位進行線接觸，而銳鈦礦型是結晶單位以點接觸方式相連的形態。由於這樣的結構區別，金紅石型的折射指數最大，並且作為白色顏料所需的隱蔽力以及著色力也優秀。
二氧化鈦的工業製備方法有氯法和硫酸法、利用醇鹽的溶膠-凝膠法等。
硫酸法粉碎鈦鐵石，並使其與濃硫酸進行反應，從而生成硫酸氧鈦(tioso4)。對該硫酸氧鈦進行水解，得到偏鈦酸(tio(oh)2)，並在800℃至1000℃下對此進行煅燒，使銳鈦礦型的二氧化鈦生長之後，得到所需大小的二氧化鈦，然後進一步在1100℃以上溫度下對銳鈦礦型的二氧化鈦進行第二次煅燒，從而製備金紅石型的二氧化鈦。
該方法有利於大量生產，但由於使用高濃度的硫酸，在水洗工序中消耗大量的水，並且生成硫酸鐵等廢棄物，因而環境處理成本巨大。此外，需要進行高溫熱處理和苛酷的粉碎工序，因此設備成本較高，並且由於混入較多的雜質，大幅降低最終產品的品質。
氯法使二氧化鈦的純度高達90％以上的天然金紅石、合成金紅石等原礦石在高溫下與氯氣進行反應，得到純度較低的四氯化鈦(ticl4)氣體，然後對此進行精製，並在高溫氣相條件下與1000℃左右的加熱氧氣一同形成二氧化鈦粒子。這樣的氯法能夠獲得純度較高的金紅石型二氧化鈦，但無法製備銳鈦礦型二氧化鈦，並且在反應過程中生成危險性較高的腐蝕性氣體(hcl、cl2)，因此需要相應的保護設備，並且氯氣的價格高，因而生產成本較高。
溶膠-凝膠法將四異丙醇鈦(titaniumtetraisopropoxide)、四丁醇鈦(titaniumtetrabutoxide)等鈦醇鹽(titaniumalkoxide)放入諸如酒精或水的溶劑中，並通過水解反應生成二氧化鈦溶膠(titaniasol)，然後進行熱處理。該方法的優點在於，粒子較小，純度高，有利於薄膜塗覆，相反，其缺點在於，由於使用高價的原料，產品的價格非常高。
現有的二氧化鈦製備方法存在工藝複雜、生產成本高、收率低並且生產性低的問題，而且處理物質和工藝危險，環境負擔極高。因此，提出了用於改善二氧化鈦製備方法的各種技術。
作為一例，韓國授權專利第10-1565477號提出了一種採用硫酸法的氧化鈦衍生物製備方法，其在水解步驟之前或之後進行加壓步驟，從而調節二氧化鈦納米粒子的大小。
此外，韓國公開專利第2015-0072264號提出了一種二氧化鈦凝膠製備技術，其在特定高溫、高壓條件下進行水熱合成反應以及水系合成反應，從而改善氧化鈦納米粒子的分散性以及透明性。
此外，韓國公開專利第2015-0076898號提出了一種通過鈦鐵石與氟化物的反應連續地製備二氧化鈦的技術，但由於混合了幹法工藝和溼法工藝，實際上難以適用於常用設備的連續工藝。不僅如此，還因使用固狀的氟化物而降低效率，製備時間變長，並且在工藝的各個步驟中生成的副產物都被廢棄，因此有可能引發環境汙染。
這些專利在某種程度上改善了現有的二氧化鈦製備方法所具有的部分問題，但是其效果不夠充分。因此，更加需要研究環保且基於單純的工藝而具有較高的收率以及品質特性的二氧化鈦的製備方法以及製備裝置。
【在先技術文獻】
【專利文獻】
韓國授權專利第10-1565477號(2015.10.28.)，氧化鈦衍生物製備方法
韓國公開專利第2015-0072264號(2015.06.29.)，分散性優秀的高折射率二氧化鈦凝膠的製備方法
韓國公開專利第2015-0076898號(2015.07.07.)，利用氟化物的tio2製備方法
技術實現要素：
所要解決的技術問題
因此，為了解決所述問題，本發明人從多個角度進行了研究，結果確認了，當利用氣體狀態的氨以及氟化氫，導入連續工藝，並且對在各個步驟中產生的氨以及氟化氫進行再利用時，不僅能夠提高二氧化鈦的製備收率以及品質，還能夠儘量減少廢棄物的產生。
因此，本發明的目的在於，提供一種工藝效率優秀並且環保的二氧化鈦的製備方法。
此外，本發明的另一目的在於，提供一種利用所述製備方法的二氧化鈦的製備裝置。
解決技術問題的方案
為了達成所述目的，本發明提供一種二氧化鈦製備方法，其特徵在於，包括：
步驟i：在惰性氣氛下使鈦鐵石(fetio3)與氨(nh3)氣以及氟化氫(hf)氣進行反應，從而分解成鈦化合物((nh3)3tif7)以及鐵化合物((nh3)3fef6)；
步驟ii：對所述鈦化合物進行第一次熱處理，生成鈦的氟化物(tif4)；
步驟iii：在氧化氣氛下對所述鈦的氟化物與氨水(nh4oh)一同進行第二次熱處理，生成二氧化鈦(tio2)；以及
步驟iv：對所述二氧化鈦進行煅燒，以製備銳鈦礦(anatase)型二氧化鈦或者金紅石(rutile)型二氧化鈦，
其中，回收在所述步驟ii以及步驟iii中生成的氨氣以及氟化氫氣並再次循環至步驟i。
其特徵在於，所述步驟i在100℃至200℃溫度下進行。
其特徵在於，此時，在所述步驟i中，相對於1摩爾的鈦鐵石，分別使用10至15摩爾的氨氣以及氟化氫氣。
其特徵在於，此時，回收在所述步驟i中產生的氨氣以及水並供應至步驟iii。
其特徵在於，所述步驟ii的第一次熱處理在250℃至400℃溫度下進行。
其特徵在於，此時，在所述步驟i中生成的鐵化合物((nh3)3fef6)通過第一次熱處理被除去。
其特徵在於，所述步驟iii的第二次熱處理在450℃至750℃溫度下，通過注入空氣或氧氣而進行。
其特徵在於，當所述步驟iv的煅燒溫度為550℃以上且低於950℃時，製備銳鈦礦型二氧化鈦，當所述煅燒溫度為950℃至1200℃時，製備金紅石型二氧化鈦。
此外，本發明提供一種二氧化鈦製備裝置，其用於選擇性地製備銳鈦礦型二氧化鈦或者金紅石型二氧化鈦，包括：
第一反應器，用於使鈦鐵石、氨氣以及氟化氫氣在惰性氣氛下進行反應，以生成鈦化合物以及鐵化合物；
第二反應器，其通過管路與所述第一反應器連接，用於對從所述第一反應器流入的鈦化合物進行第一次熱處理，以生成鈦的氟化物；
第三反應器，其通過管路與所述第二反應器連接，用於在氧化氣氛下對從所述第二反應器流入的鈦的氟化物與氨水一同進行第二次熱處理，以生成二氧化鈦；
第四反應器，其通過管路與所述第三反應器連接，用於對從所述第三反應器流入的二氧化鈦進行煅燒，以製備銳鈦礦型二氧化鈦或者金紅石型二氧化鈦；以及
回收器，其通過管路與所述第四反應器連接，用於捕集從所述第四反應器流入的銳鈦礦型二氧化鈦或者金紅石型二氧化鈦，
所述二氧化鈦製備裝置包括：
用於捕集在所述第二反應器以及第三反應器中生成的氨氣以及氟化氫氣，並供應至所述第一反應器的回送管路。
其特徵在於，所述二氧化鈦製備裝置進一步包括用於從所述第一反應器中回收氨氣以及水，並供應至第三反應器的回送管路。
其特徵在於，此時，所述二氧化鈦製備裝置進一步包括：腔室，用於將所述第二反應器中經第一次熱處理的鐵化合物排出至外部。
其特徵在於，此時，所述二氧化鈦製備裝置進一步包括：供應管路，用於向所述第三反應器供應空氣或氧氣。
有益效果
本發明涉及的二氧化鈦的製備方法以及製備裝置具有如下優點。
(1)使鈦鐵石與氣體狀態的氨以及氟化氫進行反應，從而能夠進一步提高反應活性。在此基礎上，無需額外的加工步驟即可回收並再利用各個步驟中產生的氨氣和氟化氫氣，因此能夠節約成本，並且儘量減少廢棄物的排出量，因此環保。
(2)通過導入連續式工藝，不僅改善最終所得的二氧化鈦的特性，還能夠確保品質均勻性，提高工藝效率性並且可實現大量生產。
(3)通過調節煅燒溫度，銳鈦礦型和金紅石型的二氧化鈦皆可容易製備。
附圖說明
圖1是示出本發明的一實現例涉及的二氧化鈦的製備方法的工藝流程圖。
圖2是概略示出本發明的一實現例涉及的二氧化鈦的製備裝置的圖。
圖3以及圖4是本發明的實施例1涉及的金紅石型二氧化鈦的sem(scanningelectronmicroscope：掃描電子顯微鏡)照片以及xrd(x-raydiffractionspectroscopy：x射線衍射光譜)圖案照片。
圖5以及圖6是本發明的實施例4涉及的銳鈦礦型二氧化鈦的sem(scanningelectronmicroscope：掃描電子顯微鏡)照片以及xrd(x-raydiffractionspectroscopy：x射線衍射光譜)圖案照片。
附圖標記：
10：第一反應器20：第二反應器
30：第三反應器40：第四反應器
50：回收器60：腔室
12、22、32：回送管路34：氧氣供應管路
100：二氧化鈦的製備裝置
a：鈦鐵石b：氨氣以及氟化氫氣
具體實施方式
下面，參照附圖對本發明進行詳細說明，以便使本發明所屬技術領域的普通技術人員容易地實施。但是，本申請可以以各種不同的形式實現，而不限定於在此說明的實現例以及實施例。附圖中相同的附圖標記表示相同的構成要素，並且，為了便於說明本發明，在不影響本發明權利的前提下，圖中所示的構成要素可以進行單純化圖示，放大或者省略。
本發明中使用的術語「二氧化鈦」以及「氧化鈦」是在化學計量上表示為tio2的經氧化的鈦及其結晶，這些在實質上表示相同的物質。只是，在本說明書中為了避免混淆所指的對象而區分使用兩個術語，這些並不表示完全不同的物質。
本發明涉及一種通過連續工藝，有效率並且環保地製備二氧化鈦的製備方法以及製備裝置。
以往使用的硫酸法、鹽酸法、溶膠-凝膠法等二氧化鈦製備方法在工藝效率性、安全性、經濟性以及生產性方面存在缺陷，並且產生大量的廢棄物，因此對環境造成的影響較大。
鑑於此，本發明提供一種二氧化鈦的製備方法以及製備裝置，其不使用硫酸、鹽酸等危險性大或者原料成本高的起始物質，而使用氣體狀態的氨或氟化氫來分解鈦鐵石，從而能夠選擇性地製備銳鈦礦型或者金紅石型的二氧化鈦。
此外，本發明涉及的二氧化鈦的製備方法以及製備裝置通過連續工藝進行，因此能夠使工藝簡化且有效率，並且回收各個反應步驟中必然產生的副產物，再次用於反應，因此環保且能夠節約生產成本。
首先，詳細說明本發明的一實現例涉及的二氧化鈦的製備方法。
圖1是示出本發明的一實現例涉及的二氧化鈦的製備方法的工藝流程圖。
如圖1所示，本發明涉及的二氧化鈦的製備方法包括：
步驟i：在惰性氣氛下使鈦鐵石(fetio3)與氨(nh3)氣以及氟化氫(hf)氣進行反應，從而分解成鈦化合物((nh3)3tif7)以及鐵化合物((nh3)3fef6)；
步驟ii：對所述鈦化合物進行第一次熱處理，生成鈦的氟化物(tif4)；
步驟iii：在氧化氣氛下對所述鈦的氟化物與氨水(nh4oh)一同進行第二次熱處理，生成二氧化鈦(tio2)；以及
步驟iv：對所述二氧化鈦進行煅燒，以製備銳鈦礦(anatase)型二氧化鈦或者金紅石(rutile)型二氧化鈦。
所述步驟i至步驟iv是連續的，在所述步驟ii以及步驟iii中生成的氨氣以及氟化氫氣可以被回收並再次循環至步驟i。
下面分步驟進行說明。
首先，步驟i是將鈦鐵石(fetio3)分解成鈦化合物((nh3)3tif7)以及鐵化合物((nh3)3fef6)的步驟。具體而言，在所述步驟i中，使鈦鐵石在惰性氣氛下與氨(nh3)氣以及氟化氫(hf)氣進行反應，從而分解成鈦化合物以及鐵化合物，進行方式如反應式1所示。
(反應式1)
fetio3(s)+13nh3(g)+13hf(g)→(nh3)3tif7(s)+(nh3)3fef6(s)+3h2o(l)+7nh3(g)
特別是，所述步驟i中與鈦鐵石進行反應的氨以及氟化氫以氣體狀態供應，因此提高反應活性，並且在之後依次進行的步驟ii以及步驟iii中生成的氨氣以及氟化氫氣無需進行額外的加工過程，可直接回送並進行再利用。由此，本發明涉及的二氧化鈦的製備方法儘量減少製備工藝產生的廢棄物，因此環保並且還能夠大幅降低生產成本。
所述步驟i在惰性氣氛下進行，此時的惰性氣氛只需要形成利用氮氣或氬氣等惰性氣體擠出氧氣的狀態。
在所述步驟i中，相對於1摩爾的鈦鐵石，氨氣以及氟化氫氣可以分別供應10至15摩爾，優選供應11至14摩爾。當注入所述摩爾比範圍的所述氨氣以及氟化氫氣時，與鈦鐵石均勻地混合，並且進行充分的分解反應，從而能夠製備中間產物即鈦化合物((nh3)3tif7)。此外，可以以規定的流量供應所述氨氣以及氟化氫氣，以便保持所述摩爾比，雖然不做特別的限定，但可以以10至100ml/min的流量注入。
所述步驟i可以在100℃至200℃溫度下進行，優選在150℃至200℃下進行。當溫度低於所述範圍時，有可能無法充分地發生反應，相反，當超過所述範圍時，有可能過度地發生反應，降低中間產物的特性或者對之後的步驟產生不利的影響，並且由於不必要的熱處理成本，有可能增加工藝成本。
此外，對於所述步驟i的反應時間，沒有特別的限定，根據實際加熱溫度而不同，但一般可以在上述的溫度範圍內保持3至6小時，優選保持4至6小時左右。
此外，如所述反應式1中所記載，在所述步驟i中產生的氨氣以及水可以被回收並供應至步驟iii進行再利用，鐵化合物((nh3)3fef6)可以通過後述的步驟ii的第一次熱處理變成鐵的氟化物(fef3)並被除去。
接著，步驟ii是對在所述步驟i中生成的鈦化合物((nh3)3tif7)進行第一次熱處理，以生成鈦的氟化物(tif4)的步驟。所述第一次熱處理反應是除去之前步驟中所得的鈦化合物內的雜質，並進行熱分解的步驟，進行方式如下述的反應式2所示。
(反應式2)
(nh3)3tif7(s)→tif4(s)+3hf(g)+3nh3(g)
所述步驟ii的第一次熱處理可以在250至400℃溫度下進行，優選在300℃至400℃溫度下進行。當所述第一次熱處理溫度低於所述範圍時，有可能不易發生鈦的氟化物生成反應，而當超過所述範圍時，有可能過度地發生反應而改變鈦的氟化物的物理性質，從而降低最終所得的二氧化鈦的品質。
此外，對於所述步驟ii的第一次熱處理時間，沒有特別的限定，根據實際加熱溫度而不同，但一般可以在上述的溫度範圍內保持1至4小時，優選保持1至2小時左右。
可以回收所述步驟ii中生成的氨氣以及氟化氫氣並在步驟i中進行再利用。
此外，進行所述步驟ii的第一次熱處理時，對在上述的步驟i中生成的副產物中的鐵化合物((nh3)3fef6)也一同進行熱處理，此時的反應如下述的反應式3所示。
(反應式3)
(nh3)3fef6(s)→fef3(s)+3hf(g)+3nh3(g)
通過所述反應式3的反應，所述鐵化合物變成鐵的氟化物(fef3)，經過附加的氧化過程，其可以以氧化鐵的形式被除去。在此基礎上，可以回收在所述鐵化合物的熱處理過程中生成的氨氣以及氟化氫氣，並在步驟i中進行再利用。
接著，所述步驟iii是在氧化氣氛下對在所述步驟ii中生成的鈦的氟化物(tif4)與氨水(nh4oh)一同進行第二次熱處理，以生成二氧化鈦(tio2)的步驟。所述第二次熱處理反應是使鈦的氟化物進行升華的步驟，具體的反應如下述的反應式4所示。
(反應式4)
tif4(s)+2nh4oh(l)+o2(g)→tio2(s)+2nh3(g)+4hf(g)+2h2o
所述步驟iii的第二次熱處理可以在450℃至750℃溫度下進行，優選在550℃至750℃溫度下進行。當所述第二次熱處理溫度低於所述範圍時，二氧化鈦的生成有可能不充分，相反，當超過所述範圍時，有可能因過度反應而降低最終所得的二氧化鈦的品質。
此外，對於所述步驟iii的第二次熱處理時間，沒有特別的限定，根據實際加熱溫度而不同，但一般可以在上述的溫度範圍內保持3至6小時，優選保持3至5小時左右。
此外，所述第二次熱處理可以在氧化氣氛下進行，可以為此注入空氣或氧氣。此時，氧氣的濃度沒有特別的限定，可以根據反應條件調節氧氣供應量。
此外，可以回收在所述步驟iii中生成的氨以及氟化氫，並在步驟i中進行再利用。
接著，所述步驟iv是對在所述步驟iii中製得的二氧化鈦進行煅燒，以製備銳鈦礦型二氧化鈦或者金紅石型二氧化鈦的步驟。
此時，可以根據所述步驟iv的煅燒溫度調節二氧化鈦的晶相。具體而言，當所述步驟iv的煅燒溫度為550℃以上且低於950℃時，可製備銳鈦礦型二氧化鈦，當所述煅燒溫度為950℃至1200℃時，可製備金紅石型二氧化鈦。特別是，當所述步驟iv的煅燒溫度為700℃至900℃時，可使晶相100％轉換為銳鈦礦型二氧化鈦，當煅燒溫度為1000℃至1200℃時，可使晶相100％轉換為金紅石型二氧化鈦。
此外，對於所述步驟iv的煅燒時間，沒有特別的限定，根據實際加熱溫度而不同，但一般優選在上述的溫度範圍內保持1至2小時左右。
對於在所述步驟iv中製備的銳鈦礦型二氧化鈦或者金紅石型二氧化鈦，可以進行附加的冷卻工序以及捕集工序，以便進行回收。所述二氧化鈦處於高溫，因此可以進行對此進行冷卻的工序以及捕集並回收被冷卻的二氧化鈦的工序。此時，所述冷卻工序中可以利用急速冷卻器，所述捕集工序中可以使用粒子捕集器。
通過上述的製備方法得到的二氧化鈦的粒子大小可以是數十或數百nm，可以根據使用用途進行附加的研磨等後續處理。
然後，詳細說明本發明的一實現例涉及的二氧化鈦的製備裝置。
圖2是概略示出本發明的一實現例涉及的二氧化鈦的製備裝置的圖。
參照圖2，本發明的一實現例涉及的二氧化鈦的製備裝置100包括：第一反應器10，用於使鈦鐵石、氨氣以及氟化氫氣在惰性氣氛下進行反應，以生成鈦化合物以及鐵化合物；
第二反應器20，其與所述第一反應器10通過管路連接，用於對鈦化合物進行第一次熱處理，以生成鈦的氟化物；
第三反應器30，其與所述第二反應器20通過管路連接，用於在氧化氣氛下對從所述第二反應器20進入的鈦的氟化物與氨水一同進行第二次熱處理，以生成二氧化鈦；
第四反應器40，其與所述第三反應器30通過管路連接，用於對從所述第三反應器30進入的二氧化鈦進行煅燒，以製備銳鈦礦型二氧化鈦或者金紅石型二氧化鈦；以及
回收器50，其與所述第四反應器40通過管路連接，用於捕集從所述第四反應器40進入的銳鈦礦型二氧化鈦或者金紅石型二氧化鈦。
所述第一反應器10包括用於使從外部進入的鈦鐵石a與氨氣以及氟化氫氣b混合併進行反應的空間，並且具備用於向所述第一反應器10注入鈦鐵石a、氨氣以及氟化氫氣的各個注入口以及用於將源於分解反應的生成物移送至下一工序的第二反應器20的排出口。
特別是，本發明涉及的二氧化鈦製備裝置的所述第一反應器10具備用於將從後續工序的第二反應器20以及第三反應器30捕集的氨氣以及氟化氫氣再次供應至第一反應器10的額外的注入口。此外，進一步具備用於回收在所述第一反應器10的內部進行的反應所產生的氨氣和水，並供應至第三反應器30的額外的排出口以及回送管路12。
所述第一反應器10可以使用具備加熱裝置的旋轉式反應器，以便提高包含在內部的反應物的混合度以及反應活性。此時加熱裝置以及旋轉式反應器是該領域中通常使用的，不做特別的限定。
向所述第一反應器10注入的所述鈦鐵石a、氨氣以及氟化氫氣b的量和第一反應器10的溫度如之前所述。
所述第二反應器20包括用於收納從所述第一反應器10進入的鈦化合物以及鐵化合物的空間以及用於進行第一次熱處理的加熱裝置，並且所述第二反應器20在其一側具備用於注入反應生成物的注入口，在其另一側具備用於將所生成的鈦的氟化物移送至第三反應器30的排出口。
此時，所述第二反應器20包括用於捕集由第一次熱處理反應生成的氨氣以及氟化氫氣，並回送至所述第一反應器的額外的排出口以及回送管路22。
在此基礎上，所述第二反應器20包括用於除去經第一次熱處理的鐵化合物的額外的排出口以及腔室60。
所述第二反應器20可以使用具備加熱裝置的旋轉式反應器，以便提高反應活性。此時加熱裝置以及旋轉式反應器是該領域中通常使用的，不做特別的限定。
所述第二反應器20的溫度如之前所述。
所述第三反應器30包括用於收納從所述第二反應器20進入的鈦的氟化物的空間以及用於進行第二次熱處理的加熱裝置，並且所述第三反應器30在其一側具備用於注入第二反應器20的鈦的氟化物的注入口，在其另一側具備用於將所生成的二氧化鈦移送至第四反應器40的排出口以及用於形成氧化氣氛的氧氣或空氣供應管路34。
此時，所述第三反應器30包括用於捕集由第二次熱處理反應生成的氨氣以及氟化氫氣，並回送至所述第一反應器的額外的排出口以及回送管路32。
所述第三反應器30可以使用具備加熱裝置的旋轉式反應器，以便提高反應活性。此時加熱裝置以及旋轉式反應器是該領域中通常使用的，不做特別的限定。
所述第三反應器30的溫度如之前所述。
所述第四反應器40包括用於收納從所述第三反應器30進入的二氧化鈦的空間以及用於進行煅燒的煅燒爐，並且所述第四反應器40在其一側具備用於注入第三反應器30的二氧化鈦的注入口，在其另一側具備用於將所生成的銳鈦礦或金紅石二氧化鈦移送至回收部50的排出口。
包含在所述第四反應器40內部的煅燒爐用於進行二氧化鈦的高溫熱處理，可以使用該領域中通常使用的煅燒爐。
此時，所述第四反應器40的溫度如之前所述。
所述回收部50由用於使在所述第四反應器40中生成的銳鈦礦型或金紅石型二氧化鈦進入其內部的進入口以及用於收納所進入的銳鈦礦型或金紅石型二氧化鈦的空間構成。
為了在所述回收部50得到粉末狀的二氧化鈦，可以在所述第四反應器40與回收部50之間進一步設置用於進行粉碎的粉碎部(未圖示)。
與現有的製備工藝相比，本發明涉及的二氧化鈦的製備裝置以及製備方法具有如下優點。
第一，使鈦鐵石與氣體狀態的氨以及氟化氫進行反應，從而能夠進一步提高反應活性。在此基礎上，無需額外的加工步驟即可回收並再利用各個步驟中產生的氨氣和氟化氫氣，因此能夠節約成本，並且儘量減少廢棄物的排出量，因此環保。
第二，通過導入連續式工藝，不僅改善最終所得的二氧化鈦的特性，還能夠確保品質均勻性，提高工藝效率性並且可實現大量生產。
第三，通過調節煅燒溫度，銳鈦礦型和金紅石型的二氧化鈦皆可容易製備。
下面，例示本發明的實施例以及比較例。下述的實施例只是為了幫助理解本發明而作為示例來提供的，本發明的技術範圍並不限定於此。
實施例以及比較例：二氧化鈦的製備
[實施例1]
將碳質的碗(bowl)放入30l的旋轉電爐中，以便防止內部塗層，然後投入250g的鈦鐵石(ilmenite)、1250g的h2sif6(l)，在nh3(g)氣氛下以180℃溫度混合併加熱了5小時。生成的鈦化合物通過旋轉自動移動至30l旋轉電爐的第二步驟區間，在此區間內通過在350℃下持續1小時的第一次熱處理除去了雜質，從而製備了鈦的氟化物。
接著，鈦的氟化物移動至旋轉電爐的上端，在650℃下對鈦的氟化物進行了4小時的第二次熱處理，從而製備了二氧化鈦。將得到的二氧化鈦移動至二氧化鈦製備反應器中，使其在1100℃下進行2小時的反應，從而製備了結晶性二氧化鈦。
[實施例2]
除了將所述二氧化鈦製備反應器中的煅燒溫度改變為1000℃之外，通過與所述實施例1相同的方法製備了結晶性二氧化鈦。
[實施例3]
除了將所述二氧化鈦製備反應器中的煅燒溫度改變為1200℃之外，通過與所述實施例1相同的方法製備了結晶性二氧化鈦。
[實施例4]
除了將所述二氧化鈦製備反應器中的煅燒溫度改變為900℃之外，通過與所述實施例1相同的方法製備了結晶性二氧化鈦。
[實施例5]
除了將所述二氧化鈦製備反應器中的煅燒溫度改變為800℃之外，通過與所述實施例1相同的方法製備了結晶性二氧化鈦。
[實施例6]
除了將所述二氧化鈦製備反應器中的煅燒溫度改變為700℃之外，通過與所述實施例1相同的方法製備了結晶性二氧化鈦。
[實施例7]
除了將所述二氧化鈦製備反應器中的煅燒溫度改變為950℃之外，通過與所述實施例1相同的方法製備了結晶性二氧化鈦。
[實施例8]
除了將所述二氧化鈦製備反應器中的煅燒溫度改變為925℃之外，通過與所述實施例1相同的方法製備了結晶性二氧化鈦。
[實施例9]
除了將所述第二次熱處理時的溫度改變為750℃之外，通過與所述實施例1相同的方法製備了結晶性二氧化鈦。
[實施例10]
除了將所述第二次熱處理時的溫度改變為550℃之外，通過與所述實施例1相同的方法製備了結晶性二氧化鈦。
[實施例11]
除了將所述第一次熱處理時的溫度改變為300℃之外，通過與所述實施例1相同的方法製備了結晶性二氧化鈦。
[實施例12]
除了將所述第一次熱處理時的溫度改變為250℃之外，通過與所述實施例1相同的方法製備了結晶性二氧化鈦。
[實施例13]
除了將所述第一次熱處理時的溫度改變為400℃之外，通過與所述實施例1相同的方法製備了結晶性二氧化鈦。
[比較例1]
除了將所述二氧化鈦製備反應器中的煅燒溫度改變為1300℃之外，通過與所述實施例1相同的方法製備了結晶性二氧化鈦。
[比較例2]
除了將所述第二次熱處理時的溫度改變為500℃之外，通過與所述實施例1相同的方法製備了結晶性二氧化鈦。
[比較例3]
除了將所述第一次熱處理時的溫度改變為200℃之外，通過與所述實施例1相同的方法製備了結晶性二氧化鈦。
實驗例1：確認對應於煅燒溫度的二氧化鈦的結晶性
測定了在所述實施例1至8以及比較例1中製備的二氧化鈦的粒子大小、晶相以及ciel。在下面的表1中示出了此時所得的結果。
(1)粒子大小
為了進行試樣分析，使用濺射塗層設備即208hr(cressington，英國)進行鉑金塗層預處理之後，使用jsm-4101f(jeolltd，日本)進行了圖像分析。基於在sem圖像上測定的結果值來測定了粒子大小。
(2)轉換率(％)
將準備的試樣固定在試樣架上，準備之後使用x線衍射分析設備即d/max-2500v(rigaku，日本)進行了分析。利用軟體將由此收集的數據轉換為光譜，從而分析衍射圖案，然後分別計算出金紅石和銳鈦礦晶形的混合比，由此測定了轉換率。
(3)ciel(白度)
對於準備的試樣的白度，使用柯尼卡美能達(konicaminolta)公司的displaycoloranalyzerca-210裝置測定了ciel的值。ciel是表示白色程度的單位，越接近100，所呈現的顏色就越接近純白色，而越接近0，呈現的顏色就越接近黑色。ciel的值在90以下時，呈現出帶有黃顏色的白色，難以用作塗料等顏料。
【表1】
實驗例2：評價對應於第二次熱處理溫度的二氧化鈦的物理性質
測定了在所述實施例9、實施例10以及比較例2中製備的二氧化鈦的粒子大小、晶相以及ciel。在下面的表2中示出了此時所得的結果。
【表2】
實驗例3：評價對應於第一次熱處理溫度的二氧化鈦的物理性質
測定了在所述實施例11至13以及比較例3中製備的二氧化鈦的粒子大小、晶相以及ciel。在下面的表3中示出了此時所得的結果。
【表3】
參照所述表1至表3即可確認，根據本發明，煅燒溫度達到1000℃以上時生成金紅石型二氧化鈦，煅燒溫度在700℃至900℃時生成銳鈦礦型二氧化鈦，並且能夠根據溫度製備具有規定的粒子大小的二氧化鈦。
此外，ciel的值在90以下時，呈現出帶有黃顏色的白色，難以用作塗料等顏料。可確認，本發明涉及的實施例的ciel的測定值在90以上，因此能夠用作白色顏料。
【產業上的利用可能性】
本發明涉及的二氧化鈦的製備方法以及製備裝置通過連續工藝能夠有效率並且環保地製備二氧化鈦。