[發(fā)明專利]一種利用鈦礦直接生產(chǎn)鈦及鈦合金的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810303735.X
• 申請日: 2018-04-03
• 公開（公告）號: CN110343874A
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王武生
• 申請（專利權(quán)）人: 上海廣謀能源技術(shù)開發(fā)有限公司
• 主分類號: C22B34/12
• 分類號: C22B34/12
• 代理公司: 上海海頌知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31258
• 代理人: 何葆芳

本發(fā)明公開了一種利用鈦礦直接生產(chǎn)鈦及鈦合金的方法，所述方法包括如下步驟：a)使鈦礦與還原劑混合后在高溫爐中進(jìn)行反應(yīng)，生成高鈦渣；b)向熔融狀態(tài)的高鈦渣里加入單一活潑金屬或多種活潑金屬形成的混合物或多種活潑金屬形成的合金，通過單一活潑金屬或多種活潑金屬形成的混合物或多種活潑金屬形成的合金與高鈦渣的反應(yīng)生成金屬鈦。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了直接由鈦礦生產(chǎn)鈦及鈦合金，不僅生產(chǎn)工藝明顯簡化，而且反應(yīng)過程清潔環(huán)保，對實(shí)現(xiàn)低成本、清潔環(huán)保的工業(yè)化生產(chǎn)鈦及鈦合金，具有顯著價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是涉及一種利用鈦礦直接生產(chǎn)鈦及鈦合金的方法，屬于金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鈦是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金因具有強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點(diǎn)而被廣泛用于各個領(lǐng)域。鈦和鈦合金以其比重小，塑性好，比強(qiáng)度和熱強(qiáng)性高，低溫性能好，抗腐蝕性優(yōu)良，以及同人體組織有良好的親合性等優(yōu)越性能，成為最重要的工程材料之一。近幾十年以來，隨著科技發(fā)展，鈦和鈦合金的作用顯得越來越重要，在航天、航空、航海等部門它們是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)材料、關(guān)鍵材料，在化工、石化、醫(yī)療、機(jī)械等行業(yè)它們也有重要作用。現(xiàn)在，鈦和鈦合金已大量用于制作導(dǎo)彈、火箭、飛船等航天器的殼體，飛機(jī)的殼體、機(jī)翼和發(fā)動機(jī)葉片，輪船、軍艦、潛艇的殼體，海水淡化裝置，化工反應(yīng)器、管道、容器，人造牙齒、骨骼、關(guān)節(jié)、夾板，以及儀表、精密機(jī)械、高爾夫球頭、眼鏡框、鐘表、首飾和裝飾品等。此外，鈦還用于制作超導(dǎo)材料、貯氫材料、吸氣材料、壓電材料和形狀記憶合金等重要功能材料。

目前，金屬鈦的主流生產(chǎn)工藝為克羅爾(Kroll)工藝，主要是采用金屬M(fèi)g還原TiCl₄工序、真空分離工序制造金屬鈦，該工藝由三部分組成：一是由含鈦礦物質(zhì)制取精TiCl₄；二是鎂還原TiCl₄生產(chǎn)海綿鈦的還原工序；三是真空蒸餾、提純和鎂的再生。在還原工序中，液態(tài)TiCl₄從反應(yīng)器上方加入并流經(jīng)熔融Mg發(fā)生還原，在反應(yīng)器底部沉積得到海綿Ti；真空分離工序主要是除去其中夾雜的Mg單質(zhì)和還原產(chǎn)物MgCl₂。雖然該工藝可制得高純度的金屬鈦，但該工藝由于熱還原過程長、工序復(fù)雜、不能連續(xù)生產(chǎn)等原因使鈦生產(chǎn)成本居高不下，加之生產(chǎn)過程中的環(huán)境污染，大大制約了鈦的廣泛應(yīng)用。又如中國專利局于2018年01月16日公布的專利申請?zhí)枮?01710711128.2、發(fā)明名稱為《一種利用二氧化鈦直接生產(chǎn)鈦及鈦合金的方法》，該專利技術(shù)是本發(fā)明人提供的一種生產(chǎn)二氧化鈦的新方法，由于該專利技術(shù)必須要先生產(chǎn)二氧化鈦才能實(shí)施所述方法，而二氧化鈦生產(chǎn)過程本身會產(chǎn)生大量污染，需要消耗大量化學(xué)試劑，以致仍然存在生產(chǎn)成本高、不環(huán)保的問題。因此，本領(lǐng)域急需研發(fā)一種既可以大幅度降低生產(chǎn)成本，又清潔環(huán)保、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的生產(chǎn)鈦及鈦合金的方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題和需求，本發(fā)明的目的是提供一種利用鈦礦直接生產(chǎn)鈦及鈦合金的方法，以實(shí)現(xiàn)低成本、清潔環(huán)保的工業(yè)化生產(chǎn)鈦及鈦合金。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種利用鈦礦直接生產(chǎn)鈦及鈦合金的方法，所述方法包括如下步驟：

a)使鈦礦與還原劑混合后在高溫爐中進(jìn)行反應(yīng)，生成高鈦渣；

b)向熔融狀態(tài)的高鈦渣里加入單一活潑金屬或多種活潑金屬形成的混合物或多種活潑金屬形成的合金，通過單一活潑金屬或多種活潑金屬形成的混合物或多種活潑金屬形成的合金與高鈦渣的反應(yīng)生成金屬鈦。

鈦是重要的國防和工業(yè)材料，一直是世界科技研究的重點(diǎn)。但由于鈦礦的鈦和氧之間的化學(xué)鍵非常牢固，導(dǎo)致化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，無法直接生成金屬鈦，所以利用鈦礦直接生成金屬鈦已經(jīng)成為人類材料科學(xué)的世界難題。所以現(xiàn)在就只能采用金屬鎂還原四氯化鈦，得到海綿金屬鈦。但四氯化鈦的生產(chǎn)成本非常高，并且在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生嚴(yán)重的污染。本發(fā)明通過采用上述方法，首次破解了人類直接利用鈦礦生成金屬鈦的材料學(xué)的技術(shù)瓶頸。