[發明專利]制備金屬鈦及鈦基合金的方法

無效

• 申請號: 200810011682.0
• 申請日: 2008-06-04
• 公開（公告）號: CN101289754A
• 公開（公告）日: 2008-10-22
• 發明（設計）人: 曹大力;王吉坤
• 申請（專利權）人: 曹大力;王吉坤
• 主分類號: C25C3/28
• 分類號: C25C3/28
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所
• 代理人: 宋鐵軍

技術領域：

本發明涉及有色金屬冶金熔鹽電解領域領域，該方法以主要研制二氧化鈦、四氯化鈦、二氯化鈦和氟鈦酸鹽為原料，在電解槽中電解TiO₂、TiCl₄和氟鈦酸鹽的一種或多種多種組合，制備金屬鈦或鈦基中間合金；或采用金屬(或金屬化合物)預先熱還原TiO₂，制備出含一定濃度氧(O)的金屬鈦，然后鋁電解槽中電解進行終脫氧。

背景技術：

鈦具有密度小，比強度高，抗氧化、抗疲勞、耐腐蝕性等優點，是優秀的結構和功能材料，享有“全能金屬”、“走向21世紀的稀有巨人”等美譽。在國防、航空航天、航海、石油、化工、醫療、冶金等領域得以廣泛的應用。

鈦在地殼中的含量十分豐富，在結構金屬中僅次于鋁、鐵、鎂，居第4位，并非絕對的稀有。由于鈦的冶金工藝比較復雜，導致鈦及其產品生產成本過高，使其應用范圍受到很大的限制。但依據其儲量和性能，鈦很有可能成為繼鐵、鋁之后的第3種實用金屬，開發利用前景十分廣闊，因此對鈦提取冶金技術和工藝的研究，特別是低成本提取工藝的研究會受到越來越廣泛的關注。目前生產金屬鈦的主要方法有：

1.熱還原法

1.1鎂熱還原法

Kroll法(鎂還原TiCl₄法)

該法是1940W.J.Kroll提出，原理為Mg+TiCl₄＝MgCl₂+Ti，其優點是使用容易處理的四氯化鈦，產品純度較高，還原劑鎂可以再利用等。Kroll法生工藝：采用“鈦礦物(金紅石/鈦渣/鈦鐵礦→鈦渣)→四氯化鈦→海綿鈦”的工藝路線。

生產鈦渣：在1600～1900℃的高溫下，鈦鐵礦在電弧爐內以石油焦或無煙煤為還原劑進行選擇性還原，得鈦渣和副產品生鐵，二者通過密度差不同而分離，鈦富集于渣中。

制備四氯化鈦：將鈦渣、或天然/人造金紅石與石油焦混合，與氯氣反應生成粗四氯化鈦然后通過蒸餾法除高沸點雜質；然后通過精餾法除低沸點雜質，釩一般采用銅法、鋁法或硫化氫法去除。

還原金屬鈦是在800-900℃及惰性氣體保護的氣氛下，在密閉的鋼制的反應器中，以一定的流速放入TiCl₄與熔融的鎂反應，獲得海綿狀的金屬鈦，副產品MgCl₂可作為電解鎂的原料。

1.2鈉熱還原法及其它熱還原法(Hunter法)

Hunter法是最早生產高純金屬鈦的方法，基本原理為：

TiCl₄(g)+4Na＝Ti(s)+4NaCl

鈉還原TiCl₄的方法有一段法和兩段法。結果用Hunter法生產的鈦量比用同樣規模的Kroll法生產的鈦少。近年來Hunter法因設備能力沒有擴大，電解鈉生產技術沒有重大進步而被放棄。

2.TiCl₄電解法

TiCl₄的電解還原法曾被認為是唯一有可能取代Kroll工藝的方法，四氯化鈦熔鹽電解還原鈦的機理如下：

Ti⁴⁺+e→Ti³⁺

Ti³⁺+e→Ti²⁺

Ti²⁺+e→Ti

總反應為：TiCl₄＝Ti+2Cl₂。

根據電解溫度不同，可分為中溫電解和高溫電解法兩種。

2.1中溫電解：采用堿金屬或堿土金屬的氯化物為電解質，電解溫度為600～1000℃，在惰性氣體保護下電解TiCl₄，但存在諸如TiCl₄在融鹽中的溶解度較低、電流效率低、產生氯氣污染環境、金屬粉易氧化等技術問題無法進行工業化生產等問題。

2.2高溫電解：在高于1700℃時，鈦(熔點1943K)變為液態，可以向電解鋁一樣實現連續化生產，并且金屬鈦的純度較高，但生產條件較為苛刻。

3.TiO₂電解還原法

與TiCl₄相比，還原二氧化鈦縮短了生產流程，便于儲存和運輸，且無氯氣參加反應，是一種新型的無污染的綠色冶金技術，引起了廣泛的關注。

4.FFC劍橋工藝