[發明專利]用于由前體鹵化物制備產物的空化方法

無效

• 申請號: 200780030200.X
• 申請日: 2007-07-26
• 公開（公告）號: CN101558175A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發明（設計）人: I·C·哈拉萊;M·P·巴洛;M·K·卡彭特
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作公司
• 主分類號: C22B3/00
• 分類號: C22B3/00;C22B34/12;C22B34/14;C01D3/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 段曉玲;韋欣華

技術領域

[0001]本發明涉及在基本環境溫度下采用空化處理在無水液體介質中由氫化物前體制備金屬、金屬合金和化合物、陶瓷材料、以及金屬基質陶瓷復合材料。通過空化可將適合的堿金屬或堿土金屬分散在所述液體介質中以還原前體鹵化物。例如，可以制備鈦、鈦合金和鈦化合物、鉑合金和過渡金屬硅化物。在示例性實例中，實踐涉及將氯化鈦或將氯化鈦與其它前體鹵化物的混合物添加到空化的含還原劑材料的液體中，以制備金屬鈦、或鈦合金或鈦化合物。

背景技術

[0002]鈦及其金屬合金是目前制備起來相對昂貴的材料。鈦合金能以諸如鑄件、鍛件和板材的形式用于制備制品。可以配制鈦基材料來提供良好強度性能與較輕重量的結合。例如，鈦合金被用于制造飛機。由于與具有可競爭性能的鐵合金和鋁合金相比鈦的成本問題，所以鈦合金在機動車輛中的使用受到了限制。

[0003]對含鈦礦石進行選礦以獲得適合濃度的TiO₂。在氯化工藝中，二氧化鈦(往往是金紅石晶形的)被在流化床反應器中在焦炭(碳)的存在下氯化以制造四氯化鈦(TiCl₄)，其為在室溫下易揮發的液體。傳統上，金屬鈦是以分批工藝用鈉或鎂金屬高溫還原四氯化鈦(TiCl₄)制造的。純的金屬鈦(99.9％)最先是由Matthew?A.Hunter在1910年通過在鋼瓶中于700-800℃加熱鈉和TiCl₄而制備的。用于工業規模制造金屬鈦的第一種且仍最廣泛采用的工藝為Kroll工藝。在Kroll工藝中，800℃-900℃的鎂被用作TiCl₄蒸氣的還原劑，并作為副產物產生氯化鎂。這兩種工藝都生成海綿鈦且都需要反復的非常耗能的真空電弧再熔步驟來提純鈦。當合金化組分能以承受與四氯化鈦蒸氣進行的鈉或鎂還原反應的適合氯化物鹽(或其它適合的鹵化物鹽)形式引入時，這些工藝可被用于同時生產鈦和一或多種另外的金屬(合金)。這些高溫且耗能的工藝產出優質的鈦金屬和金屬合金，但如上所述，對于許多應用例如在機動車零件中的應用來說，這些鈦材料過于昂貴。

[0004]Armstrong/ITP工藝同樣在金屬的制造中使用堿金屬或堿土金屬來還原金屬鹵化物。Armstrong工藝可以在較低的溫度運行，且可以作為連續過程操作以制造金屬或金屬合金(如鈦或鈦合金)粉末。但是，金屬的預計成本仍然很高，對于許多機動車應用來說仍然過高。

[0005]需要更低成本的工藝來制造鈦以及鈦合金和鈦化合物。如果能夠提供適用于其它金屬及其合金和化合物的低成本的工藝，將是特別有益的。

發明內容

[0006]通過在接近環境溫度和接近大氣壓力下在液體反應介質中用還原劑金屬還原鹵化鈦(例如，四氯化鈦)，可以制備金屬鈦(作為例子)。采用適當的空化(cavitation)操作，例如聲化學處理或高剪切混合，來輔助前體鹵化物在反應介質中的還原。所述工藝還可用于同時還原鹵化鈦和其它前體鹵化物以制造鈦合金或鈦化合物、或者鈦金屬基質復合材料。此外，根據所選的前體鹵化物或前體鹵化物組合，所述工藝可用于制造許多形式的眾多其它材料。

[0007]所述反應介質為無水的、適當低蒸氣壓的液體，且其與所述前體鹵化物或所述還原劑金屬沒有反應性。適合的反應介質材料的例子有無水液態烴如萘烷、1，2，3，4-四氫化萘、癸烷、十二烷和十六烷。適合的反應介質材料的例子還有液態含硅油類，如聚二甲基硅烷，和室溫離子液體。所述液體介質可用干燥且基本上無氧無水的惰性氣體如氦氣或氬氣灌注或覆蓋以在處理過程中提供惰性氣氛。

[0008]用于所述前體鹵化物的所述還原劑適合地為一或多種堿金屬或堿土金屬如鋰、鈉、鉀、銣、銫、鎂、鈣和鋇。優選的還原劑是能在接近環境溫度通過向所述液體施加超聲振動作為膠體分散在所述液體介質中的反應物的低熔點混合物。例如，鈉和鉀的低共熔混合物如Na_0.22K_0.78和Na_0.44K_0.56在大約室溫為液體，且是前體鹵化物的有效還原劑。然后將一或多種前體鹵化物，如四氯化鈦，添加到所述具有分散的還原劑的反應介質中，并被還原成預定的產物。當前體鹵化物包含鹵化鈦時，產物可以，例如，為金屬鈦、鈦與其它金屬的混合物、或含鈦的合金、或鈦化合物。