[發明專利]一種由鈦精礦粉直接制備鈦系合金的方法

無效

• 申請號: 200910198192.0
• 申請日: 2009-11-03
• 公開（公告）號: CN101709490A
• 公開（公告）日: 2010-05-19
• 發明（設計）人: 魯雄剛;鄒星禮;李重河;鐘慶東
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C25C5/04
• 分類號: C25C5/04
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種由鈦精礦粉直接制備鈦系合金的方法，屬于金屬鈦合金制備工藝技術領域。

背景技術

我國是鈦礦資源較豐富的國家，攀枝花地區蘊藏著豐富的鈦資源，從攀枝花釩鈦磁鐵礦中回收鈦鐵礦成為我國鈦原料的重要來源之一，國家對攀枝花鈦資源綜合利用的極大關注。鈦精礦是提取鈦產品(主要是鈦白和海綿鈦)的原料，提鈦過程實質上是一個除雜提純過程。而制取鈦白和海綿鈦的現行生產工藝都耗能高、污染大。現行利用攀枝花鈦精礦的兩條主流程為硫酸法流程和氯化法流程。無論是硫酸法工藝還是氯化法工藝，都未能有效解決污染、耗能、工序復雜等問題。

鈦合金作為鈦資源應用的一種重要形式有著巨大的市場潛力，但目前鈦合金的生產工藝存在著制備工藝復雜、設備要求高、原料要求苛刻等缺點，導致其成本居高不下。鈦合金現行生產工藝通常采用融煉法，原料為工業用純金屬。具體方法是：將按化學計量比準備好的鈦以及合金金屬元素混合，放置于充有氬氣(隔絕空氣)的電弧爐或電感應爐內熔融數次，直到組分分布均勻為止。有時還得對材料進行數小時高溫處理，保證組分分布均勻。然后用X射線衍射器或其它分析手段檢驗材料結構及組分分布、材料組成。符合要求則將其粉碎至所需粒徑，就得到了所需合金。

發明內容

本發明的目的是提供一種由鈦精礦粉直接制備鈦系合金的方法。

本發明一種由鈦精礦粉直接制備鈦系合金的方法，其特征在于具有以下的過程和步驟：

a.首先將鈦精礦粉進行球磨數小時，隨后篩分得到顆粒較細且混合均勻的鈦精礦粉；

b.在球磨得到的鈦精礦細粉中加入1％～2％的聚乙烯醇縮丁醛(PVB)粘結劑及適量酒精；混合均勻后，用粉末壓樣機將礦粉在3～6MPa壓力下壓制為圓片；

c.將上述壓制圓壓片放在1150℃的氧化性氣氛中燒結2小時，以達到電解對陰極的孔隙率和強度的要求；

d.然后進入電解工藝過程；用壓制圓片構成陰極，其構成陰極放式有兩種：(1)用直徑為0.2mm的鉬絲將圓片纏繞于直徑為1.5mm鋁棒上制成陰極；(2)將燒結壓制圓片直接放于不銹鋼小坩堝內，整個不銹鋼小坩堝沒入電解池內的熔鹽中，并用鉬絲引出不銹鋼小坩堝當作陰極；用固體透氧膜管(YSZ管)作為陽極，管內放有碳粉飽和的銅液；電解池盛放有CaCl₂作為熔鹽電解質；

e.在電解過程中采用高純氬氣作為保護氣體，采用的電解溫度為1100℃，電解電壓為3.5～4.0V，電解時間為2～6小時；

f.將上述電解過后所得陰極產物取出，用蒸餾水沖洗數次，低溫烘干后即得鈦系合金粉末。

本發明方法的原理是：利用透氧膜實現對氧離子遷移的控制，改變傳統工藝，開發一種由金屬氧化物礦粉直接制備合金的綠色冶煉新方法。將氧化物復合礦置于特定的熔鹽體系中，可傳導氧離子的固體透氧膜把陽極和熔融電解質隔離，因此參與陽極反應的陰離子只有氧離子。通過控制電極電位可保證特定金屬離子在陰極選擇性析出，參與電解反應的只是金屬氧化物而非其它物質，故可直接從氧化物復合礦中提取金屬及合金。

本發明方的優點和特點如下所述：

1)能夠直接從礦粉熔鹽電解制得鈦合金粉末，極大地縮短傳統鈦合金冶煉工藝以及鈦精礦的傳統處理工藝的生產流程，并降低成本。

2)實驗參數易控制；利用透氧膜實現對氧離子遷移的控制，改變傳統工藝，只要透氧膜穩定，電解槽電壓波動也不會導致熔鹽中非氧化物的電離。

3)電解效率高；透氧膜的使用克服了傳統熔鹽電解對電壓的限制，可以提高所施加的槽電壓而大大提高電解效率。

4)綠色環保；整個過程中沒有氯氣放出，避免了污染的產生，是一種新型的無污染綠色冶金新技術。

5)通過高溫熔鹽電解能有效去除其雜質金屬元素，獲得較純鈦合金。

附圖說明

圖1為本發明方法的實驗裝置示意圖。

圖中各數字代號表示如下：

1-剛玉坩堝，2-熔融CaCl₂熔鹽，3-鈦精礦粉燒結壓制圓片，4-不銹鋼小坩堝，5-鉬絲電極，6-碳飽和銅液，7-固體透氧膜管(YSZ)。

圖2為本發明方法制備的鈦系合金的XRD圖譜。

圖3為本發明方法制備鈦系合金的時間電流曲線圖。

圖4為本發明方法制備的鈦系合金的SEM微觀照片。

圖5為本發明方法制備的鈦系合金的能譜分析結果。

具體實施方式

現將本發明的具體實施例敘述于后。

本實施例采用攀枝花產地的鈦精礦粉，其各化學組成成分如下表1所示：

表1鈦精礦粉的化學成分