[發明專利]一種超親氧金屬-鈣協同深度脫除金屬鈦中氧的方法

有效

• 申請號: 202010071472.1
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN112095021B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 王力軍;馬朝輝;閆國慶;張順利;張建東;吳延科;齊申
• 申請（專利權）人: 有研工程技術研究院有限公司;有研資源環境技術研究院（北京）有限公司
• 主分類號: C22B34/12
• 分類號: C22B34/12;C22B5/04;C22B9/02;B22F9/20
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 張晶

本發明公開了一種超親氧金屬?鈣協同深度脫除金屬鈦中氧的方法。該方法將超親氧金屬、無水氯化鈣、鈦原料、鈣還原劑等物料填裝在反應器的特定位置；通過蒸餾脫氧和拆卸清洗，可以將鈦中的氧含量穩定降低至小于100ppm。超親氧金屬具有極強的氧親和力，會將氯化鈣熔鹽中的氧固溶或形成氧化物從而創造極低的氧勢，解決了深度脫氧的熱力學問題；氯化鈣熔鹽具有良好的流動性以及對鈣還原劑、氧化鈣較大的溶解度，解決了脫氧的動力學問題。本發明通過將二者有機結合，實現了金屬鈦中氧深度、高效、穩定的脫除。本發明方法簡單易行，對氧的脫除效果好，不會產生二次污染，產品滿足靶材制造、光學鍍膜、電子元件制造等領域的使用要求。

技術領域

本發明屬于金屬冶煉技術領域，特別涉及一種超親氧金屬-鈣協同深度脫除金屬鈦中氧的方法。

背景技術

鈦的密度小、強度高、無磁性、耐腐蝕、耐熱、較易加工成型等優點，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。但是金屬鈦的物理化學性能對金屬中的間隙原子如氧、碳、氮等非常敏感。由于鈦本身的性質對這些氣體雜質，特別是氧具有非常強的親和力，因此，鈦在冶煉、加工過程中非常容易奪取外界的氧造成其純度下降。特別是鈦的冷、熱加工及焊接過程中氧非常容易進入鈦內，從而顯著降低其物理化學性能。目前，將Kroll法制備出的海綿鈦采用電解精煉、碘化提純、電子束熔煉、區域熔煉等工藝可以制備出鈦純度大于99.995％，氧含量小于100ppm的高純鈦，但是這些工藝存在金屬收率低、處理能力小、能耗高、無法運用于已成型的鈦材等問題，從而導致高純鈦的生產成本居高不下，限制了鈦的應用。而在現有的專利和文獻中鮮有報道能的簡單有效解決上述問題的方法，因此，找到一種能夠深度脫除金屬鈦中氧的方法對于提高這類鈦材的生產合格率，拓展鈦及其合金在尖端領域的應用具有重要意義。

近些年，隨著冶金、材料工作者在這方面不斷進行探索和嘗試，逐漸形成一條使用金屬Ca等活性金屬對固態金屬鈦脫氧的新方法，取得的進展如下：

中國專利CN201811569164.0提出了一種基于Ca-CaCl₂體系的鈣原位蒸餾-脫氧的方法。該方法將Ca的提純和脫氧有機結合，在保證脫氧效果的同時降低了脫氧成本，同時引入CaCl₂熔鹽體系一方面降低脫氧產物活度，另一方面改善脫氧反應的均勻性，從而可將鈦的氧含量最低降至100ppm以下。該方法具有設備要求低，操作簡單，能耗低，并且可以給已加工成型材料脫氧等優點，但存在的缺點是，CaCl₂對脫氧產物CaO的溶解度是有限的，隨著脫氧過程的進行CaCl₂熔鹽CaO的活度會逐漸增加，使脫氧能力逐漸變差，當達到溶解飽和時，CaO的熱力學活度達到最大值1，變化轉為Ca-CaO平衡脫氧，不利于深度脫氧，因此該方法的脫氧效果存在波動，適用于起始氧含量較低的鈦原料。

通過對上述專利進行分析可以發現，使用金屬Ca來進行脫氧，保證脫氧深度的關鍵是降低脫氧產物CaO的活度。根據已有文獻報道，通過電解技術的引入可以將熔鹽中的O^2-轉化為CO_x，從而將氧的活度控制在較低水平，但是電解過程中會不可避免地產生Cl₂，同時也會造成碳的污染，限制了該方法的應用。

因此，亟待提供一種方法可以在不產生其他污染的前提下降低氧化鈣的活度，實現氧的深度脫除。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種超親氧金屬-鈣協同深度脫除金屬鈦中氧的方法，該方法進一步完善金屬鈦的鈣脫氧技術，解決現有鈣脫氧技術中氧化鈣活度易升高、脫氧效果易波動的問題。

為了實現上述目的，本發明提供一種超親氧金屬-鈣協同深度脫除金屬鈦中氧的方法，包括如下步驟：

1)物料裝填：將超親氧金屬、無水氯化鈣、鈦原料投入密閉反應容器的鈦坩堝內，將鈣還原劑加入到所述密閉反應容器的鈦坩堝與不銹鋼坩堝的間隙中，然后將所述密閉反應容器密封；