[發明專利]一種鈣原位蒸餾-脫氧制備高純鈦的方法

在審

• 申請號: 201811569164.0
• 申請日: 2018-12-21
• 公開（公告）號: CN109439902A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 王力軍;馬朝輝;張建東;黃永章;張順利;閆國慶;段錦
• 申請（專利權）人: 有研工程技術研究院有限公司
• 主分類號: C22B5/04
• 分類號: C22B5/04;C22B5/12;C22B34/12
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

本發明公開了屬于金屬冶煉技術領域的一種鈣原位蒸餾?脫氧制備高純鈦的方法。該方法為將原料體系A、鈣還原劑分隔放置于密閉反應容器中，在惰性氛圍下加熱，鈣還原劑中鈣以高純鈣氣體形式溶解進入原料體系A中熔鹽內，實現對鈦原料脫氧，制得氧含量≤0.10wt％的高純鈦；所述原料體系A為鈦原料與無水氯化鈣的混合物，原料體系A中含有或不含有堿金屬鹵化物、堿土金屬鹵化物中的一種或兩種，所述鈦原料為金屬鈦或氧化鈦；所述鈣還原劑為金屬鈣或鈣合金；所述分隔放置的分隔區域互相隔離并氣相連通。本發明方法簡單易行，對氧、氮的脫除效果好，能夠滿足航空航天、國防軍工等領域的使用要求。

技術領域

本發明屬于金屬冶煉技術領域，特別涉及一種鈣原位蒸餾-脫氧制備高純鈦的方法。

背景技術

鈦具有密度小、強度高、無磁性、耐腐蝕、易加工成型等優點，成為繼鐵、鋁之后崛起的“第三金屬”，因此有人預言21世紀將是鈦的世紀。鈦合金目前廣泛應用于航空航天、國防軍工、化工冶金、海水淡化、生物醫藥等領域。美國、俄羅斯兩國是全球研究鈦歷史較長、實力最強的國家，其鈦材應用一直以宇航市場為主，民用工業相對較少，而中國則不同，非宇航市場約占90％，宇航市場約占10％。近些年，隨著中國綜合實力不斷發展壯大，在航空航天、軍工等領域的研發和制造投入不斷加大，這就對這些領域需要鈦材的品質提出了更嚴苛的要求。

金屬鈦的化學活性很高對氣體雜質特別是氧具有非常強的親和力，因此，鈦在冶煉、加工特別是鈦的冷、熱加工及焊接過程中，氧非常容易進入鈦內，造成鈦物理化學性能的下降。雖然碘化提純工藝可以有效去除鈦中的氧，但卻存在金屬回收率低、處理能力小、能耗高、無法運用于已成型鈦材等問題。因此，找到一種能夠有效脫除金屬鈦中氧的簡單、經濟的方法對鈦及其合金的生產和應用具有重要意義。近些年，已有冶金、材料工作者在這方面進行過積極的探索和嘗試，并取得了一些進展：中國專利200610030744.3公開了鈦或鈦合金熔液脫氧的方法。該方法以稀土元素為凈化劑，在真空中頻爐內，將由La、Ce、Nd、Pr、Y組成的凈化劑在1650～1720℃下，加入鈦熔體中鎮靜15～20分鐘后澆注可以得到低氧含量的鈦或鈦合金。該方法的最大特點是利用稀土脫除鈦合金中氧的同時還可以起到細化晶粒提高力學性能的效果；但該技術中產生的稀土氧化物和熔融鈦共存，經過鎮靜后澆注可能仍然會有稀土氧化物夾雜在鈦中，造成脫氧效果不穩定，不適用于高純鈦的制備。

中國專利201410843972.7公開了超低氧鈦粉的制備方法。該方法在氧化鋁坩堝內采用氫化脫氫法去除了鈦粉中的氧。該方法的特點是氫原子能夠進入金屬內部將氧以H₂O的形態帶出，使用氧化鋁坩堝可以避免材料制備過程中的污染，在鈦粉出爐和分裝時使用氬氣保護防止鈦粉的二次氧化。但該方法適合金屬粉末或海綿金屬的脫氧，如果用于鈦材脫氧在氫化及脫氫過程中材料會變脆產生裂紋，從而造成材料的破壞。

中國專利201110262991.7公開了一種鈦鐵合金脫氧精煉的方法。該方法采用熔鹽電解的方法，以粗鈦鐵合金為陽極，以堿金屬氯化物和鈦的氟鹽為電解質在600～850℃下電解。陰極產物經過洗滌得到的鈦鐵合金氧含量可由電解前的5％降低至電解后的100ppm以下。該方法雖然能耗低、氧的去除效果好，但電解過程中陽極發生溶解，因此該方法不適用于鈦材的脫氧。

另外，使用鈣對金屬鈦脫氧時，為避免鈣中的雜質在金屬鈦脫氧過程中對金屬鈦帶來的雜質污染，常規方法是先將金屬鈣蒸餾，獲得硅、氧、氮含量合格的高純鈣，再用高純鈣對金屬鈦脫氧。這種工藝的第一個問題是經蒸餾獲得的高純鈣在包裝、儲存、運輸中，高純鈣會因為吸收環境中的氧、氮、水而引入氮、氧雜質，氮、氧雜質會污染鈦產品；第二個問題是傳統工藝的蒸餾和脫氧分別在兩個設備內完成，能耗高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鈣原位蒸餾-脫氧制備高純鈦的方法，具體技術方案如下：