1结晶过程
1.1偏钛酸结晶过程分析
实验中钛酸钠溶液是碱性溶液（含有NaOH），为了使偏钛酸充分沉淀，所以需要先用酸将其中和酸化（实验中选用盐酸）[4]：Na2TiO3+2HCl→H2TiO3↓+2NaCl因为溶液浓度对晶粒生成和长大速度均有影响。范特荷甫（Van'tHoff）方程对溶液析晶的推导形式：ΔG=RTln[1-（c-ce）/c]=RTln（l-Δc/c）（其中c为初始浓度；Δc=c-ce称为过饱和度；ce为溶解度）已表明了过饱和度对结晶自由能变化的影响。在一定溶解度条件下，溶液的过饱和浓度越大，ΔG越小，核化速率越快。当然过饱和度对增长速率也是有影响的，但对晶核生成速度影响更大。若能维持适当的过饱和度，提供晶核长大所需的原料，则可得到较大粒子的沉淀。也就是说，若溶液浓度高，则晶核生成的速度快，晶核来不及长大，故生成的晶粒多且小。若溶液浓度比较低，过饱和度不太大，生成的晶核数目相应减少，这是因为增大溶液浓度更有利于晶粒数目的增加[5,6]。实验中，为了控制晶体的生长，获得粒度较均匀的晶体产品，必须尽一切可能防止意外的晶核生成，小心地将溶液的过饱和度控制在介稳区中，不使出现初级成核现象，同时我们还采用了加晶种的控制结晶法，即在结晶过程中，加入晶种并小心地控制溶液的温度或浓度，让被结晶的溶质只在晶种表面上生长，使晶种较均匀地悬浮在整个溶液中，它能对产品的粒度进行有效的控制。
1.2钛液浓度对结晶的影响
自生晶种常压水解所用钛液浓度一般为190～250g•L-1[7]。制得浓度大概在100、220g•L-1的两份钛液。然后分别在相同条件下水解、过滤、煅烧制得两种样品，进行扫描电镜观察见图4。从图4可以看出a样品结晶程度高，晶粒偏粗，晶体颗粒大多位于5~7μm；而b样品的晶体颗粒都比较小，通过扫描电镜下观察到颗粒的平均粒径在4μm左右。在实验中，低浓度钛液的过饱和度很小，它的核化率慢而生长较快，故形成的颗粒较大。高浓度钛液则相反，过饱和度大，核化率增加的快，甚至超过晶核的生长速度，这样使得晶粒核数目多且粒径小。如果TiO2浓度过高会减慢水解速度，开始水解的时间也相对延长，水解率反而会下降。
2煅烧时间对偏钛酸分解的影响
偏钛酸通过煅烧制备TiO2，其晶型的转换过程相对复杂，实验中主要以生成锐钛型晶体。实验通过在不同温度下煅烧偏钛酸1h[8]，测得其分解率见图5。本实验采用日本岛津X射线衍射仪（XRD-7000S/L型）对所提取得到的产物粉末（TiO2）进行检测与鉴定，并使用JCXA-733电子探针对所得产物形貌进行观测。由图6（b）与实验制备TiO2粉末的X-衍射图图6（a）对比可知，图6（a）中的最高峰位置与图6（b）中TiO2最高峰位置相同，其它峰也对的比较好，可以得出TiO2的纯度比较高。（碱法与硫酸法提取TiO2的比较）（1）硫酸法提取钛白工艺流程根据有关的文献显示：硫酸法是钛白生产的传统方法。它是用浓H2SO4分解钛矿使矿中钛化合物转变成钛液，钛液经净化后水解转变成水合TiO2，再经洗涤、煅烧和后处理后获得成品钛白粉。依照所用原料和生产的产品品种不同，其生产工艺流程有所区别[9]。由含钛废料的成分分析可知，其主要组成为氧化钛和氧化钨，用此方法来制备TiO2，包括钨的分离、钛液的制备、水解、偏钛酸的净化、偏钛酸的前处理和煅烧、TiO2的粉碎等6大环节。（2）NaOH熔剂法与硫酸法提取含钛废料中的TiO2工艺比较①NaOH熔剂法与硫酸法提取TiO2工艺中钛液制备不同：前者通过NaOH在高温与含钛废料焙烧后浸取得到，后者利用热酸酸解作用制得；②NaOH熔剂法与硫酸法提取TiO2两者物耗比较：生产1tTiO2，需要1tNaOH，处理含钛废料渣1.06t；生产1tTiO2需要含钛废料1.06t，消耗65%H2SO41.80t，相当于98%H2SO41.19t。③NaOH熔剂法与硫酸法提取TiO2两者三废比较：前者各阶段无三废产生（实验室研究结论），而后者（以目前一般硫酸法生产钛白为例）生产1t钛白，一般要产生7~8t含20%H2SO4的废酸和150~250t酸性废水。这种废酸在提纯和浓缩后，其费用大于购买相同浓度H2SO4的费用。本文所涉及的工艺都是已经非常成熟而且广泛应用于生产的工艺了，而且与传统工艺相比工作压力大大降低。工艺流程物料循环利用，消耗量基本都转化为副产品，整个生产过程易达到环保指标。
3结论
（1）共熔渣是一个强碱体系，室温下用水浸取时是在碱性环境中进行的，能够仰止钛酸钠的水解，故而不会因为用水浸取对实验造成不良影响。（2）用水为浸取液浸取共熔渣中的钛酸钠，温度对浸取率影响较小，可选择在室温条件下进行。（3）结晶过程中，钛液浓度对晶体形貌影响较大，根据需要还可以结合加晶种的方式来控制晶体形貌。
作者：黄新 孙亚丽 唐楷 余祖孝 彭书杰
