一种配碳氢气还原制备碳氧化钛或/和碳化钛的方法技术

本发明专利技术提供了一种配碳氢气还原制备碳氧化钛或/和碳化钛的方法，该方法采用纯二氧化钛或金红石作为初始原料，选用氢气和碳粉分别作为还原剂和碳化剂，碳粉的另一作用是降低氧分压，制备温度只需达到较低的1200~1350℃，在制备碳氧化钛或/和碳化钛的过程中氢气和含钛原料发生气固还原反应，还原效率高，还原速度快，和原料充分混匀的碳粉与氢气还原后产生的水蒸气发生水煤气反应，降低物料层内的氧分压，从而促进钛氧化物还原反应的进行，同时混合均匀的碳粉也极大提高了碳化效率，碳化速率快，实现了在较低温度下还原碳化钛氧化物的目的，节省了能耗成本，很好的解决了现有碳氧化钛和碳化钛生产工艺中制备温度高、生产效率低、成本高昂等问题。

Method for preparing carbon titanium oxide or / or titanium carbide by carbon hydrogen reduction

The present invention provides a process for the preparation of carbon dioxide and / or titanium carbide method with carbon hydrogen reduction, the method of using pure TiO2 and rutile as raw materials, using hydrogen and carbon as reducing agent and carbonization agent, another role is to reduce the carbon oxygen pressure, preparation temperature only reached the lower 1200~1350 C, hydrogen in the preparation of carbon dioxide or / and titanium carbide and titanium containing raw material gas solid reduction, high reduction efficiency, reducing speed, and the raw materials are fully mixed evenly with hydrogen reduction after toner water vapor generated water gas reaction, reduce the oxygen pressure inside the material layer in order to promote the reduction of titanium oxide, reaction, and mixing the toner is also greatly improved the efficiency of carbonation, carbonation rate, the reduction of titanium carbide oxide at low temperature to save. The utility model solves the problems of high preparation temperature, low production efficiency, high cost and the like in the production process of the existing carbon titanium oxide and the titanium carbide.

【技术实现步骤摘要】
一种配碳氢气还原制备碳氧化钛或/和碳化钛的方法
本专利技术涉及冶金化工
，尤其设计一种配碳氢气还原制备碳氧化钛或/和碳化钛的方法。
技术介绍
碳化钛是一种具有熔点高、硬度高、化学稳定性好等优良特性的材料，在工业生产过程中通常被用来制造金属陶瓷，耐热合金和硬质合金，这些产品在航空航天、涂层材料等高科技领域有着非常广泛的应用（可参考文献“刘阳，曾令可；中国陶瓷，2002，38；7~10页”）。目前国内外合成碳化钛的方法有很多种，工业上主要运用的是碳热还原法。文献“R.Koc,J.S.Folmer.JournalofMaterialsScience,1997,32:3101-3111”和文献“KThorne,SJTing.JournalofMaterialsScience,1992,27:4406-4414”报道利用碳黑还原TiO2粉末得到碳化钛粉末。但是这种方法存在的问题也很明显：因为反应物以分散的颗粒存在，反应进行的程度受到反应物接触面积和碳黑在TiO2中的分布的限制，使产品中含有未反应的炭和TiO2，在还原反应过程中，由于晶粒生长和粒子间的化学键合，合成的TiC粉体有较宽的粒度分布范围，需要球磨加工；反应时间较长，约在10~20小时，反应中由于受扩散梯度的影响使合成的粉体常常不够纯；反应需要的温度也非常高，约为1700~2100℃，综合能耗极大。文献“冯成建，张建树；矿产综合利用，1997，6；34-41页”报道利用高纯碳粉还原含钛高炉渣（TiO2：22%~23%）制取碳化钛。这种方法也存在一些问题：反应需要的温度较高，约为1600℃；由于TiC是一种高温产物，在碳化反应过程中，生成的TiC呈较分散的固体微粒悬浮在渣液中，使粘度升高，阻止了TiC微粒的团聚，所以高温碳化后得到的TiC粒度太细，并且TiC微粒易在碳粒或铁珠周围形成富集带，一般磨矿方法无法使矿物达到有效的单体解离从而造成后期提纯TiC较为困难。过去的数十年，为了降低钛冶炼工艺的成本，以熔盐为介质的电解法提取钛工艺得到了快速发展，并迅速成为钛提取新工艺的发展方向。文献“S.Q.Jiao,H.M.Zhu.JournalofAlloysandCompounds,2007,438:243-246”报道了一种新的碳热还原-熔盐电解提取钛工艺（USTB工艺），提出了新型可溶性电解阳极材料碳氧化钛（TiCxOy，x+y＝1）。实践证明此工艺是众多金属钛制备新工艺中很有潜力的一种方法。但是理想电解阳极的制备是该工艺进一步发展的限制性条件。在现有工艺流程中，制备TiCxOy的方法是碳热还原法，即利用碳粉直接还原高纯度的TiO2粉末，该反应过程需要对反应条件进行严格的控制，否则难以生成TiCxOy，并且反应需求的温度非常高，而且反应速度慢，所以能耗也非常高。综上所述，当前碳氧化钛或/和碳化钛的制备方法，一方面是利用高纯原料，这类方法可以得到高纯的产物，省去后续的提纯过程，但是原料价格高昂，工艺能耗极大从而造成生产成本大大提高；一方面是利用TiO2品位较低的含钛原料，这类方法虽然需要的温度相对较低，但是后续的提纯过程十分复杂，工艺流程长，生产效率较低。因此，亟需一种新的低成本、低能耗、高效率的碳氧化钛或/和碳化钛制备工艺。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种配碳氢气还原制备碳氧化钛或/和碳化钛的方法，为碳氧化钛和碳化钛的制备提供一种新方法，以解决现有碳氧化钛和碳化钛生产工艺制备温度高、生产效率低、成本高昂等一系列问题。为实现上述目的，本专利技术采用了如下的技术方案：一种配碳氢气还原制备碳氧化钛或/和碳化钛的方法，包括如下步骤：步骤一：获取足量的二氧化钛粉末备用；步骤二：在二氧化钛粉末中配加铁粉和碳粉，然后混合均匀，将得到的混合物料作为含钛反应原料；步骤三：将所得的含钛反应原料放入反应炉中，向反应炉内持续通入氢气和氩气的混合气体，加热并控制反应炉内温度为1200~1350℃，对含钛反应原料进行还原碳化处理；步骤四：还原碳化完成后向反应炉中通入氩气，使得还原碳化后所得的碳氧化钛或/和碳化钛粗品冷却至室温；步骤五：取出冷却后的碳氧化钛或/和碳化钛粗品，经破碎、细磨成粉末后进行磁选分离去除其中的铁杂质，得到碳氧化钛或/和碳化钛产品。上述配碳氢气还原制备碳氧化钛或/和碳化钛的方法中，作为优选方案，所述步骤一中获取的二氧化钛粉末，由二氧化钛原料粉末进行筛分后获得，要求筛分所得二氧化钛粉末的颗粒粒度为48目~200目。上述配碳氢气还原制备碳氧化钛或/和碳化钛的方法中，作为优选方案，所述二氧化钛原料粉末中TiO2的含量大于95%。上述配碳氢气还原制备碳氧化钛或/和碳化钛的方法中，作为优选方案，所述步骤二中，碳粉的最低配加量与二氧化钛的摩尔比例为1.7：1，碳粉的最高配加量与二氧化钛的摩尔比例为4：1。上述配碳氢气还原制备碳氧化钛或/和碳化钛的方法中，作为优选方案，所述步骤二中，铁粉的配加量为二氧化钛粉末与碳粉总重量的5%~10%。上述配碳氢气还原制备碳氧化钛或/和碳化钛的方法中，作为优选方案，所述步骤三中所使用的氢气和氩气的混合气体中，氢气所占体积百分比为20%~40%，氩气所占体积百分比为60%~80%。上述配碳氢气还原制备碳氧化钛或/和碳化钛的方法中，作为优选方案，所述步骤三中，还原碳化的反应时间为4.5~10小时。相比于现有技术，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术方法利用氢气和氩气混合气体，对二氧化钛进行还原碳化生产碳氧化钛或/和碳化钛产品，与传统工艺相比，加工温度只需达到较低的1200~1350℃，反应速度更快，降低了成本，达到了高效低成本生成碳氧化钛或/和碳化钛的目的。2、本专利技术方法中，还原碳化处理过程中充分利用了氢气和碳粉的还原特性，氢气首先和二氧化钛发生气固还原反应，还原温度低，还原效率高，碳粉的存在降低了体系的氧分压，提高了体系的还原性，从而极大提高了还原的效率，同时实现了钛氧化物的碳化，碳化温度低，碳化速率快，节省了能耗成本。3、本专利技术方法为碳氧化钛或/和碳化钛的生产提供了一种新工艺，降低了生产成本、加快了反应速率，很好的解决了现有碳氧化钛和碳化钛生产工艺中制备温度高、生产效率低、成本高昂等一系列问题。附图说明图1是本专利技术利用二氧化钛低温制备碳氧化钛或/和碳化钛方法的流程图。图2是本专利技术实施例一中所得产物的XRD物相图。图3是本专利技术实施例一中气态相成分组分的比例分数和固态相成分组分的比例分数随着反应进行的变化曲线图。具体实施方式针对于现有技术中碳氧化钛和碳化钛生产工艺制备温度高、生产效率低、成本高昂的问题，本专利技术提供了一种生产碳氧化钛或/和碳化钛的新工艺，即一种配碳氢气还原制备碳氧化钛或/和碳化钛的方法。考虑采用氢气和碳粉来还原碳化TiO2粉末制备碳氧化钛或/和碳化钛，主要原因是相比现有技术中利用纯碳粉还原碳化高纯TiO2的过程而言，氢气能够使得二氧化钛粉末在更为低的温度下发生还原反应生成低价的钛氧化物，而碳粉的存在又能够降低反应体系的氧分压，增大还原势，同时使低价钛氧化物碳化，促进还原碳化反应的进行，并帮助提高反应效率。因此，本专利技术提出了一种利用二氧化钛低温制备碳氧化钛或/和碳化钛的新方法，该方法的工艺流程如图1所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种配碳氢气还原制备碳氧化钛或/和碳化钛的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：获取足量的二氧化钛粉末备用；步骤二：在二氧化钛粉末中配加铁粉和碳粉，然后混合均匀，将得到的混合物料作为含钛反应原料；步骤三：将所得的含钛反应原料放入反应炉中，向反应炉内持续通入氢气和氩气的混合气体，加热并控制反应炉内温度为1200~1350℃，对含钛反应原料进行还原碳化处理；步骤四：还原碳化完成后向反应炉中通入氩气，使得还原碳化后所得的碳氧化钛或/和碳化钛粗品冷却至室温；步骤五：取出冷却后的碳氧化钛或/和碳化钛粗品，经破碎、细磨成粉末后进行磁选分离去除其中的铁杂质，得到碳氧化钛或/和碳化钛产品。

【技术特征摘要】
1.一种配碳氢气还原制备碳氧化钛或/和碳化钛的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：获取足量的二氧化钛粉末备用；步骤二：在二氧化钛粉末中配加铁粉和碳粉，然后混合均匀，将得到的混合物料作为含钛反应原料；步骤三：将所得的含钛反应原料放入反应炉中，向反应炉内持续通入氢气和氩气的混合气体，加热并控制反应炉内温度为1200~1350℃，对含钛反应原料进行还原碳化处理；步骤四：还原碳化完成后向反应炉中通入氩气，使得还原碳化后所得的碳氧化钛或/和碳化钛粗品冷却至室温；步骤五：取出冷却后的碳氧化钛或/和碳化钛粗品，经破碎、细磨成粉末后进行磁选分离去除其中的铁杂质，得到碳氧化钛或/和碳化钛产品。2.如权利要求1所述配碳氢气还原制备碳氧化钛或/和碳化钛的方法，其特征在于，所述步骤一中获取的二氧化钛粉末，由二氧化钛原料粉末进行筛分后获得，要求筛分所得二氧化钛粉末的颗粒粒度为48目~200...

【专利技术属性】
技术研发人员：党杰，汪金生，扈玫珑，吕学伟，张生富，徐健，白晨光，周国治，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50