[發明專利]一種含鈦物料還原得到金屬鈦的方法

有效

• 申請號: 200710202584.0
• 申請日: 2007-11-19
• 公開（公告）號: CN101157990A
• 公開（公告）日: 2008-04-09
• 發明（設計）人: 穆宏波;穆天柱;弓麗霞
• 申請（專利權）人: 攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院
• 主分類號: C22B34/12
• 分類號: C22B34/12;C22B5/10;C22B5/16
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所
• 代理人: 武森濤

技術領域

本發明涉及一種含鈦物料還原得到金屬鈦的方法，屬于冶金領域。

背景技術

鈦及其合金由于其熔點高、比重輕、強度大、耐腐蝕強等特點，在現代航空、火箭導彈工業、航天技術、槍炮艦艇、生物醫用材料及化工設備等方面有廣泛應用。鈦的純度對鈦制品的質量有重大影響，即使微量的雜質對其性能也有嚴重影響。例如氧、氮、鐵、碳會顯著提高鈦的硬度而使其塑性變低；氫又將大大降低沖擊韌性；而鈦的活性很強，能吸收和溶解大量的氣體雜質，故生產金屬鈦時必須防止鈦與氧、氮、氫、碳、鐵、水蒸氣及含碳氣體相互作用，這給鈦的冶煉造成了很大困難。

目前，國際上唯一用于工業生產的制鈦方法為Kroll法，也就是鎂還原法，生產得到的海綿鈦可用真空自耗電極重熔或電子束熔煉提純。Kroll法整個生產過程包括氯化鎂電解、含鈦原料氯化、鎂熱還原及真空蒸餾脫出氯化鎂及過量金屬鎂四個主要部分。由于其流程長、工序多、能耗高等因素，使海綿鈦成本居高不下，其價格遠高于鋼鐵的價格，單位重量價格也是金屬鋁的3倍以上，限制了鈦在各行業的應用。

為了降低海綿鈦的價格，在過去50多年中，人們研究了多種還原鈦的方法，如化學熱還原法、TiCl₄氣相還原法、等離子法、金屬氫化物還原法、電解法等。

上述方法有些由于能耗大、污染大而沒有投入工業使用，有些還停留在實驗和理論階段。

發明內容

本發明的目的是針對上述不足，提供一種工藝簡單、能耗低、污染小的鈦還原的方法。

為了實現上述目的，本發明鈦還原方法步驟如下：

a、含鈦物料以TiO₂計與碳還原劑按重量配比10∶3～4混勻成原料；

b、在a步驟混勻的原料中加入硅鐵、金屬錫或金屬銅；

c、加入硅鐵、金屬錫或金屬銅后的原料在常壓下于1700℃～1800℃或在真空下于1300℃～1500℃條件下進行還原，得到合金；

d、步驟c還原所得合金與Zn或Pb在惰性氣體保護下于常壓800℃～1000℃反應，生成Zn-Ti合金或Pb-Ti合金，同時解析出硅鐵、金屬錫或金屬銅；

e、步驟d得到的Zn-Ti合金或Pb-Ti合金于真空條件下于800℃～1200℃進行蒸餾，分離得到金屬鈦與金屬Zn或Pb。

由于含鈦物料和碳還原劑是粉料，為了減少飛揚損失，因此，步驟a中的含鈦物料和碳還原劑混勻后可以進行造粒，使混勻后的原料粒度大小為8～12mm。

本發明方法步驟b中加入硅鐵、金屬錫或金屬銅作為吸收劑，可以吸收還原出來的Ti，形成Si-Ti-Fe合金、Sn-Ti合金、或Cu-Ti合金，避免碳化鈦的生成。其中，吸收劑的加入量與含鈦物料以TiO₂計按重量配比優選為1∶0.5～0.67。

步驟c還原得到硅鐵鈦、錫鈦或銅鈦合金。

步驟d中所述的惰性氣體指氦氣、氖氣、氬氣等。其中，優選氬氣。

步驟d中Zn或Pb作金屬萃取劑，萃取步驟c得到的合金中的金屬鈦，得到Zn-Ti合金或Pb-Ti合金。

碳還原劑種類很多，本發明方法優選碳還原劑：石墨、碳黑、焦碳、粉煤、石油焦中至少一種。

常見的含鈦礦石、礦渣等均可以用本發明方法進行鈦還原，本發明方法中的含鈦物料優選：鈦白粉、金紅石、高鈦渣、鈦精礦中至少一種。

本發明鈦還原方法，工藝簡單，整個還原過程不污染環境，能耗明顯低于現行的鎂還原法，生產的金屬鈦純度高(鈦含量可以達到99.7％以上)，具有廣闊的應用前景。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明的具體實施方式做進一步的描述，并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之中。

實施例1

取TiO₂含量為100克的鈦白粉和含C?33克的石墨混合、造粒、干燥后，與200克硅鐵(含Si75％)一起加入還原爐內，在常壓下于1780℃的溫度下還原。冷卻后得到合金，該合金經化學分析表明含Ti23.46％，Si50.63％，Fe25.08％，C＜0.1％。

取上述所得合金100克，與220克金屬鋅一起加入萃取爐內，在常壓(氬氣保護)下于800℃的溫度下反應。冷卻后得到Zn-Ti合金，這種合金經化學分析表明含Ti8.12％，Zn91.77％。

將得到的Zn-Ti合金在1000℃的真空條件下進行蒸餾，得到的金屬鈦經化學分析表明含Ti99.89％，Fe0.07％，Si0.026％，O?0.075％，C＜0.02％，Zn＜0.05％。

實施例2