使用高表面积/体积反应性颗粒的方法技术

一种处理细分反应性颗粒(R颗粒)并形成产物的方法，所述方法包括：提供包含分散在保护性基质中的细分反应性颗粒(R颗粒)的复合材料；至少部分地暴露该细分反应性颗粒(R颗粒)；和形成产物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用高表面积/体积反应性颗粒的方法专利
本专利技术涉及采用高表面积/体积反应性颗粒的方法。本专利技术还涉及包含高表面积反应性颗粒的复合材料以及这种复合材料的应用。该复合材料包含分散在保护性基质中的高表面积/体积反应性颗粒。
技术介绍
国际公开号WO2006/042360提供了一种通过四氯化钛与镁在可包含流化床的反应器中反应来生产钛的方法。反应器中的温度高于镁的熔点，但低于氯化镁的熔点。该方法产生包含钛的颗粒，将其从反应器中移出并处理以回收通常具有大于500μm的粒度的钛颗粒。申请人已经确定了用于生产适用于本专利技术的复合材料的方法。该复合材料可以由至少一种金属化合物形成，该反应在工艺期间在反应器中过量的氧化剂下进行。复合材料通常为细分的形式，并且该方法通常无需将很大精力放在排除复合材料中的副产物上。用于生产这些复合材料的方法在与本申请同日提交的标题为“使用过量氧化剂生产复合材料的方法(METHODFORTHEPRODUCTIONOFACOMPOSITEMATERIALUSINGEXCESSOXIDANT)”的共同未决的澳大利亚临时专利申请中进行了详细描述。共同未决申请的内容在此整体并入。上述临时专利申请的复合材料中产物的回收详细描述于与本申请同日提交的标题为“从复合材料中回收含金属材料的方法(METHODFORRECOVERYOFMETAL-CONTAININGMATERIALFROMACOMPOSITEMATERIAL)”的共同未决的国际专利申请中。共同未决申请的内容在此整体并入。本文要求保护的主题不限于解决任何缺点或仅在诸如上述环境中操作的实施方式。相反，仅提供此背景以说明其中可实践本文所描述的一些实施方式的一个示范性

技术实现思路
如上所述，本专利技术涉及采用高表面积/体积反应性颗粒的方法，包含高表面积/单位体积反应性颗粒的复合材料，以及这种复合材料在反应中的应用。根据本专利技术的一个方面，提供了处理细分的反应性颗粒(R颗粒)并形成产物的方法，所述方法包括：提供包含分散在保护性基质中的细分反应性颗粒(R颗粒)的复合材料；至少部分地暴露细分反应性颗粒(R颗粒)；和形成产物。为了方便起见，术语“复合材料”将用于描述作为金属盐复合材料、合金盐复合材料或金属间盐复合材料的复合材料。也就是说，如本文所使用的术语“复合材料”旨在包括在其范围内的至少包含保护性基质(例如盐)和以下所列的复合材料：(i)一种细分反应性颗粒(R颗粒)，例如金属元素，(ii)两种或更多种细分反应性颗粒(R颗粒)，例如两种或更多种金属元素，或(iii)一种或多种细分反应性颗粒(R颗粒)，例如一种或多种金属元素以及一种或多种其他元素，例如一种或多种非金属元素。在整个说明书中，除非上下文另有要求，否则词语“包括”或诸如“包含”或“含有”的变体将被理解为暗示包括所陈述的步骤或要素或整体或者步骤或要素或整体的组，但不排除任何其他步骤或要素或整体或者步骤，要素或整体的组。因此，在本说明书的上下文中，术语“包含”以包含性的含义使用，并且因此应该理解为意思是“主要包括但不一定仅包括”。细分反应性颗粒(R颗粒)优选自下组：钛，铝，钒，铬，铌，钼，锆，硅，硼，锡，铪，钇，铁，铜，镍，铋，锰，钯，钨，镉，锌，银，钴，钽，钪，钌和稀土元素或其任何两种或更多种的组合。在某些优选的实施方案中，金属包含非碱金属/碱土金属。金属可以包含钛，铝和钒中的至少一种。依据优选的实施方式，保护性基质包含金属卤化物(MRX)。金属卤化物(MRX)可以包括例如MgCl2、NaCl、KCl、LiCl、BaCl2、CaCl2、BeCl2、AlCl3或它们的任意组合。在某些实施方式中，复合材料额外包含(i)一种或多种处于一种或多种氧化态的金属化合物(MPCR)和(ii)还原剂(R)中的至少一种。如果存在还原剂(R)，则对还原剂(R)的选择没有特别限制。在优选的实施方式中，还原剂(R)包含选自下组的金属还原剂(MR)：Mg、Na、K、Li、Ba、Ca、Be、Al和它们的任意组合。在某些实施方式中，复合材料包含最多20重量％的还原剂(R)。该复合材料可以更一般地包含最多3重量％的还原剂(R)。如果存在，处于一个或个氧化态的一种或多种金属化合物(MPCR)可以包含一种或多种金属卤化物(MPX)。例如，金属卤化物(MPX)可以选自钛、铝、钒、铬、铌、钼、锆、硅、硼、锡、铪、钇、铁、铜、镍、锰、钯、钨、镉、锌、银、钴、铋、钽、镁、铍、钪、钌和稀土元素的卤化物或其任何两种或更多种的组合。复合材料可以是颗粒形式。颗粒可以是球形或任何形状。它们可以是规则的或不规则的形状。颗粒可以具有预定的粒度，通过在该过程或后续处理中粒度的效用来预测。因此，优选的粒度不受特别限制。颗粒的形态和大小通常对应于起始材料的粉末颗粒的形态和大小。因此，5μm前体粒度通常产生约5μm量级的产物粒度，但是在某些情况下可预期粒度减小，例如减小最多约50％。认为颗粒暴露于待反应组分的技术将影响优选的粒度。细分反应性颗粒(R颗粒)通常具有最高约1微米的粒度。细分反应性颗粒(R颗粒)在保护性基质中的表面积与体积之比优选大于6m2/mL。就此而言，举例来说，通过在流化床反应器中使Mg与TiCl4接触以形成分散在MgCl2基质中的Ti金属而形成复合材料时，认为在粒度的极限下限处，一个TiCl4分子可以与一个Mg原子反应生成MgCl2和TiCl2。此后，另一个Mg原子与TiCl2反应，形成第二MgCl2和单个Ti原子。因此，在其极限处，可以设想，细分反应性颗粒(R颗粒)可以以原子级存在于保护性基质中。这样的例子将代表细分反应性颗粒(R颗粒)的真正“初级颗粒”。实际上，细分反应性颗粒(R颗粒)的部分内在希望成核或团聚(并且可能是烧结)，特别是在新生位点和存在一些局部加热、混合、可能通过部分熔融盐的电子转移等等时。因此，认为可能有许多原子聚结在一起，形成将在分析中观察到的更切实可行的“初级颗粒”。这些颗粒可能非常小，例如在纳米尺度上。然而，在某些时候，进一步聚集是不可能的，这是因为至少根据该实施方式，MgCl2“冷冻”，将Ti包封在其当前的团聚状态中，导致具有均匀分散的钛颗粒的MgCl2冻海。因此，在该特定实施方式中，不具有氧化物阻挡层的超高表面积金属完全受到保护而不会形成较大的颗粒或以其他方式反应，除非除去MgCl2。然而，当保护性基质(在此情况中是MgCl2)被除去(例如通过熔化除去)时，钛颗粒自由地四处移动，并进一步聚集形成较大的结构，例如Ti的壳。这些结构可以被认为是“二次颗粒”。应该理解的是，这些评述同样相关于保护性基体中细分反应性颗粒(R颗粒)的表面积与体积比的极限上限。本专利技术这些优选实施方式的反应性颗粒的另一个有利特征是缺少保护性氧化物层。这些实施方式的反应性颗粒最多具有最小活化屏障，其与反应性颗粒的较低的活化能(反应性增加)相关。除了上述优点之外，通常小颗粒是高度自燃的。本专利技术的优选实施方式的复合材料相对而言不是。对于大约<10um的常规金属粉末，自燃成为主要问题，但在某些条件下即使在明显更大尺寸(>100um)下自燃也可能是严重的。此外，由于最终产品中的氧含量，在常规金属粉末上存在氧阻挡层可以降低纯度和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种处理细分反应性颗粒(R颗粒)并形成产物的方法，所述方法包括：提供包含分散在保护性基质中的细分反应性颗粒(R颗粒)的复合材料；至少部分地暴露所述细分反应性颗粒(R颗粒)；和形成所述产物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.14 AU 20159032791.一种处理细分反应性颗粒(R颗粒)并形成产物的方法，所述方法包括：提供包含分散在保护性基质中的细分反应性颗粒(R颗粒)的复合材料；至少部分地暴露所述细分反应性颗粒(R颗粒)；和形成所述产物。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述细分反应性颗粒(R颗粒)包含选自下组的金属：钛、铝、钒、铬、铌、钼、锆、硅、硼、锡、铪、钇、铁、铜、镍、铋、锰、钯、钨、镉、锌、银、钴、钽、钪、钌和稀土元素或其任何两种或更多种的组合。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述金属包含钛、铝和钒中的至少一种。4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述保护性基质包含金属卤化物(MRX)。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述金属卤化物(MRX)选自下组：MgCl2、NaCl、KCl、LiCl、BaCl2、CaCl2、BeCl2、AlCl3和它们的任意组合。6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述复合材料额外包含(i)一种或多种处于一个或多个氧化态的金属化合物(MPCR)和(ii)还原剂(R)中的至少一种。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述复合材料包含最多20重量％的所述还原剂(R)。8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述还原剂(R)选自下组：Mg、Na、K、Li、Ba、Ca、Be、Al和它们的任意组合。9.如权利要求6-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述处于一个或多个氧化态的一种或多种金属化合物(MPCR)包含一种或多种金属卤化物(MPX)。10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述复合材料为颗粒形式。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述颗粒是球形。12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述颗粒的形状规则或不规则。13.如权利要求10-12中任一项所述的方法，其特征在于，所述颗粒具有通过反应或后续处理中粒度的效用来预测的预定粒度。14.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述细分反应性颗粒(R颗粒)具有最高约1微米的粒度。15.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述细分反应性颗粒(R颗粒)在所述保护性基质中的表面积与体积之比大于6m2/mL。16.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少部分地暴露所述细分反应性颗粒(R颗粒)的步骤包括使所述复合材料经受导致所述基质挥发的条件。17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述条件导致所述基质升华。18.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过真空蒸馏从复合材料中除去所述保护性基质。19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述真空蒸馏在惰性条件下进行，例如在氩气下进行。20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述氩气作为阻挡气体以取决于操作规模和施加的真空的速率加入。21.如权利要求18-20中任一项所述的方法，其特征在于，所述真空蒸馏在0.01-0.015kPa的压力下进行。22.如权利要求18-21中任一项所述的方法，其特征在于，所述真空蒸馏在高于所述保护性基质的升华温度的温度下进行。23.如权利要求18-22中任一项所述的方法，其特征在于，所述细分反应性颗粒(R颗粒)至少包含钛，所述保护性基质包含氯化镁，并且所述真空蒸馏在700℃至950℃的温度下进行。24.如权利要求1-15中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少部分地暴露所述细分反应性颗粒(R颗粒)的步骤包括熔化所述基质。25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，通过形成共晶在低于保护性基质各组分的单独熔化温度的温度下进行所述熔化。26.如权利要求1-15中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少部分地暴露所述细分反应性颗粒(R颗粒)的步骤包括碾碎、研磨和/或磨碎所述复合材料。27.如权利要求1-15中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少部分地暴露所述细分反应性颗粒(R颗粒)的步骤包括在固体-固体、固体-液体或固体-蒸气接触装置中进行处理。28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述接触装置是流化床。29.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，形成所述产物...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·朱厄尔，P·达克森，
申请(专利权)人：库吉钛私人有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚,AU