一种制备钛粉的方法技术

本发明专利技术属于钛加工技术领域，具体涉及一种制备钛粉的方法。本发明专利技术所要解决的技术问题是提供一种制备钛粉的方法，包括以下步骤：A、制备氢化钛：将海绵钛与氢气充分反应制备得到氢化钛；B、电解：①将氢化钛作为阳极、金属钛作为阴极，将阴阳极放入电解槽中；②向电解槽中加入熔盐后抽真空，加热脱除氢化钛中的氢并使熔盐熔化，所述的熔盐为氯化钠与氯化钾的混合物；③向电解槽中加入TiCl4后接通电源进行电解；C、后处理：取阴极沉积物，酸洗、水洗后干燥即可。该方法不仅减少了工序、缩短电解时间、节约了能源、提高了电流效率，而且制备得到的钛粉纯度高、粒度细，为钛粉的制备提供了一条更好的选择方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钛加工
，具体涉及。
技术介绍
现有技术中高纯钛的制备方法包括物理法和化学精炼法两大类，物理法主要包括 电子束熔炼法、偏析法、高真空熔炼法、真空蒸馏法、电迀移法、光激发精制法等，化学精炼 法主要包括熔盐电解法、碘化物热分解法、氯化物热分解法、置换沉淀法和溶剂萃取法等。 -、在工业生产中制备高纯钛主要采用的方法有克劳尔法、碘化法、熔盐电解法、 电子束熔炼精炼法等。 1、克劳尔法（镁热还原法） ①基本原理 克劳尔法是国内外大规模生产海绵钛的主要工艺方法，其制备海绵钛的工艺原理 大致为：在反应容器中加入惰性气体，然后加入高纯度的金属镁，在800~900°C的温度条 件下，金属镁成为熔融态，再加入11(：14与熔融态的镁发生还原反应从而制得海绵钛，其主 要化学反应如（1)式： TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2 (1) ②工艺流程 克劳尔法生产海绵钛的主要工艺流程是：a、选矿，使钛含量得到进一步的提升； b、精制TiCl4，将钛矿在石油焦和氯气的共同作用下制得粗TiCl4，再经过蒸馏除杂和反应 除钒使粗TiCljf变为精TiCl4;c、还原操作，将精TiCl4在惰性气体气氛中与熔融态金属镁 发生还原反应；d、蒸馏操作，待还原反应完全后，高温蒸馏除去多余的Mg和MgCl2，得到海 绵状的钛坨；e、后处理，将钛坨经粉碎、分级、封装等工序得到商品海绵钛。 ③克劳尔法存在的缺陷和问题 海绵钛中超过一半的杂质来源于原材料，为了保证制得纯度高的海绵钛必须提高 原材料TiCl4和金属Mg的纯度，生产5N级钛时TiCl4的纯度要求达到6N级，在提高TiCl4 纯度的同时还必须减少MgCljPMg运输过程中金属元素的污染，同时还原蒸馏容器中的重 金属元素也会对海绵钛造成较为严重的污染，其中主要有Fe、Cr、Ni。由此可见克劳尔法生 产高纯海绵钛的工艺复杂，这导致其生产成本偏高。 2、碘化法 碘化法制备高纯钛原理是利用钛在一个温度变化区间内与卤化剂能够发生可逆 反应，与此同时杂质元素在反应温度区之内却几乎完全不参与发生副反应，从而可以容易 的把杂质从体系中分离出去。早在1925年碘化法就已经被专利技术，它经历了传统碘化法和新 碘化法两个发展阶段，碘化法是目前生产高超纯度海绵钛的主要方法。 ①传统碘化法 基本原理：传统碘化法是将纯度较低的粗钛与碘填充在密闭容器中，在一定的温 度条件下发生碘化反应生成Til4，再将生成的1114通入加热的钛丝，在钛丝表面发生热分 解反应析出高纯钛，游离的碘再扩散到碘化反应区继续进行反应，整个过程发生的主要反 应如下： Ti(粗）+2Ι2-ΤΠ4(200 ~40(TC) (2) Til4-Ti(高纯度）+212(1100 ~1500°C) (3) 传统碘化法主要用于对钛纯度要求不高的工业化生产，其存在的问题有：a、反应 在电阻丝上进行，限制了反应容器中粗钛量，反应速率慢，生产效率低；b、电阻丝上沉积层 变化，导致温度控制困难，甚至使电阻丝熔断；c、易受反应容器中杂质的污染。 ②新碘化法 为了解决这些问题，日本住友公司提出了新的碘化法方案，该方案可以生产纯度 高达6N的钛。其工艺原理是把汽化的四碘化钛通入反应容器将粗钛还原为二碘化钛，二碘 化钛再在沉积表面热分解，同时除去多余的碘回到反应区使反应连续进行，最后析出高纯 钛。整个过程中的主要反应如下： Til4+Ti- 2ΤΠ2(700 ~900) (4) 2TiI2-Til4+Ti(1100 ~15300°C) (5) 与传统碘化法相比，新碘化法具有如下几个优点：a、降低了反应温度（200°C左 右）；b、以钛管代替钛丝，加大了反应表面积，使反应速率增大；c、采用间接加热方式，不受 沉积速度的影响，有利于温度控制；d、以块状粗钛为原料，使得容器可以容纳更多的钛原 料，加大了生产量； 3、电子束熔炼法 早些年，由于熔炼设备复杂，导致成本较高，因而电子束熔炼没有得到普及。直到 近年才逐步得到人们的重视。经过多次电子束熔炼可以使金属纯度不断提高，这是制取超 高纯度钛的研究方向。 基本原理：电子束熔炼法是在极高真空度的炉腔内进行的，通过电子枪放射出高 能电子束，以高能电子束的动能来将原料进行熔融处理，由于不同元素间的蒸汽压以及密 度是具有差别的，因此一部分的杂质将气化出去，而较之金属钛，密度大于金属钛的杂质元 素就会从熔融为液态的原料中分离出去而统统沉淀到水冷床坩埚的底部，通过这种方式便 可以达到金属钛的进一步精炼。 电子束熔炼制备高纯钛的优点主要有：a、采用的坩埚为水冷铜材质，因此对产品 的污染少；b、电子束易于控制，熔炼速度和能量大小可以随意选择，提纯效果好。缺点主要 有：重金属必须要在熔炼前用熔盐电解法或碘化法去除，且去除Fe、Ni、0的效果不好。 二、在工业生产中制备高纯钛粉等主要采用的方法有传统熔盐电解法、氢化脱氢 法、雾化法等。 1、传统熔盐电解法 熔盐电解法是利用电化学原理制取高纯钛的一种方法。早在20世纪60年代， Freedom等人就用熔盐电解法制得了电解钛。从此便开始了熔盐电解法制取纯钛的开发和 研究。 基本原理：原料钛在一定析出电位条件下溶入电解液中，反应阳极以粗钛、钛合金 或钛化合物为阳极材料，通过电化学反应之后，在阴极析出高纯钛。电解过程中，电极电位 比Ti高的杂质将从阳极溶出或者是电解液中沉淀出来，电解液中将融入电位比Ti低的杂 质。 工艺流程：阳极中可溶性电极通过作用下离开阳极以Ti3+、Ti2+形式存在于电解液 中，溶出电位比钛高（低）在阳极和电解质中的杂质沉淀（进入电解质），但不是在阴极反 应，在阴极通过反应Ti3+-Ti2+-钛沉淀，从而精炼的目标实现。 该方法虽然可以获得较高的纯度钛粉、但是电流效率较低。 2、氢化脱氢法 钛氢化脱氢法是利用钛对氢气的可逆吸收特征制取钛粉的。根据钛-氢体系的物 理化学性质可知，钛及钛的化合物在一定的温度及氢气压力下进行吸氢，吸氢到一定程度 后生成钛氢化物，发生氢脆现象，容易被粉碎，被粉碎的且含有大量氢气的粉末称为氢化钛 粉。最后将氢化钛粉在高温、真空条件下脱氢便得到了不含氢气的纯钛粉。这是1955年美 国专利技术的制取钛粉的经典方法。 该法生产的粉末粒度范围宽、成本低，对原料的要求不苛刻，工艺较易实现。经 过多年的改进和推广，已成为国内外制取钛粉的主要方法。 目前钛粉主要是氢化脱氢法获得，但是该方法只能获得与原料同品位的钛粉，甚 至氧含量更高，同时不能除去钛中Si、Fe、Mg等杂质，且要实现钛的高纯化还需要采用脱氢 后的原料另行加工。 3、雾化法 雾化法是通过一定的手段直接将熔体金属击碎得到金属粉末的一种方法。主要有 气雾化、超声雾化、旋转电极雾化工艺。 ①气雾化工艺是将恪体金属或合金在雾化室中经高压气体冲击而形成金属粉末。 此工艺制备的钛粉末纯度高、杂质含量低，但粒度较大，一般在150μm左右。由于钛的熔 点较高（约1670°C)，要实现其雾化，需要消耗大量能量，而且对设备要求很高。从加工 成本来看，该工艺还不能满足工业生产的要求。 ②超声雾化工艺是用高速气体脉冲冲击熔化金属流而形成金属粉末。用超声雾化 工艺制备出的粉末平均粒度细而且粒度分布范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备钛粉的方法，其特征在于：包括以下步骤：A、制备氢化钛：将海绵钛与氢气充分反应制备得到氢化钛；B、电解：①将氢化钛作为阳极、金属钛作为阴极，将阴阳极放入电解槽中；②向电解槽中加入熔盐后抽真空，加热脱除氢化钛中的氢并使熔盐熔化，所述的熔盐为氯化钠与氯化钾的混合物；③向电解槽中加入TiCl4后接通电源进行电解；C、后处理：取阴极沉积物，酸洗、水洗后干燥即可。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：廖先杰，唐锐，杨绍利，马兰，侯静，李军，吴恩辉，李俊翰，黄平，张树立，陈敏，赵朝勇，肖玄，王涛，李彬，
申请(专利权)人：攀枝花学院，
类型：发明
国别省市：四川;51