專利名稱：一種含鈦物料還原得到金屬鈦的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含鈦物料還原得到金屬鈦的方法，屬于冶金領(lǐng)域。
技術(shù)背景鈦及其合金由于其熔點(diǎn)高、比重輕、強(qiáng)度大、耐腐蝕強(qiáng)等特點(diǎn)，在現(xiàn)代航空、火箭導(dǎo)彈 工業(yè)、航天技術(shù)、槍炮艦艇、生物醫(yī)用材料及化工設(shè)備等方面有廣泛應(yīng)用。鈦的純度對(duì)鈦制 品的質(zhì)量有重大影響，即使微量的雜質(zhì)對(duì)其性能也有嚴(yán)重影響。例如氧、氮、鐵、碳會(huì)顯著 提高鈦的硬度而使其塑性變低；氫又將大大降低沖擊韌性；而鈦的活性很強(qiáng)，能吸收和溶解 大量的氣體雜質(zhì)，故生產(chǎn)金屬鈦時(shí)必須防止鈦與氧、氮、氫、碳、鐵、水蒸氣及含碳?xì)怏w相 互作用，這給鈦的冶煉造成了很大困難。目前，國(guó)際上唯一用于工業(yè)生產(chǎn)的制鈦方法為Kroll法，也就是鎂還原法，生產(chǎn)得到的 海綿鈦可用真空自耗電極重熔或電子束熔煉提純。Kroll法整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程包括氯化鎂電解、 含鈦原料氯化、鎂熱還原及真空蒸餾脫出氯化鎂及過(guò)量金屬鎂四個(gè)主要部分。由于其流程長(zhǎng) 、工序多、能耗高等因素，使海綿鈦成本居高不下，其價(jià)格遠(yuǎn)高于鋼鐵的價(jià)格，單位重量?jī)r(jià) 格也是金屬鋁的3倍以上，限制了鈦在各行業(yè)的應(yīng)用。為了降低海綿鈦的價(jià)格，在過(guò)去50多年中，人們研究了多種還原鈦的方法，如化學(xué)熱還 原法、TiCU氣相還原法、等離子法、金屬氫化物還原法、電解法等。上述方法有些由于能耗大、污染大而沒(méi)有投入工業(yè)使用，有些還停留在實(shí)驗(yàn)和理論階段發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)上述不足，提供一種工藝簡(jiǎn)單、能耗低、污染小的鈦還原的方法。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明鈦還原方法步驟如下a、 含鈦物料以Ti02計(jì)與碳還原劑按重量配比10:3 4混勻成原料；b、 在a步驟混勻的原料中加入硅鐵、金屬錫或金屬銅；c、 加入硅鐵、金屬錫或金屬銅后的原料在常壓下于170(TC 180(rC或在真空下于1300 。C 150(TC條件下進(jìn)行還原，得到合金；d、 步驟c還原所得合金與Zn或Pb在惰性氣體保護(hù)下于常壓80(TC 100(rC反應(yīng)，生成 Zn-Ti合金或Pb-Ti合金，同時(shí)解析出硅鐵、金屬錫或金屬銅；
e、步驟d得到的Zn-Ti合金或Pb-Ti合金于真空條件下于80(TC 120(rC進(jìn)行蒸餾，分離 得到金屬鈦與金屬Zn或Pb。由于含鈦物料和碳還原劑是粉料，為了減少飛揚(yáng)損失，因此，步驟a中的含鈦物料和碳 還原劑混勻后可以進(jìn)行造粒，使混勻后的原料粒度大小為8 12mm 。本發(fā)明方法步驟b中加入硅鐵、金屬錫或金屬銅作為吸收劑，可以吸收還原出來(lái)的Ti， 形成Si-Ti-Fe合金、Sn-Ti合金、或Cu-Ti合金，避免碳化鈦的生成。其中，吸收劑的加入量 與含鈦物料以Ti02計(jì)按重量配比優(yōu)選為l :0. 5 0. 67。步驟c還原得到硅鐵鈦、錫鈦或銅鈦合金。步驟d中所述的惰性氣體指氦氣、氖氣、氬氣等。其中，優(yōu)選氬氣。 步驟d中Zn或Pb作金屬萃取劑，萃取步驟c得到的合金中的金屬鈦，得到Zn-Ti合金或 Pb-Ti合金。碳還原劑種類很多，本發(fā)明方法優(yōu)選碳還原劑石墨、碳黑、焦碳、粉煤、石油焦中至 少一種。常見(jiàn)的含鈦礦石、礦渣等均可以用本發(fā)明方法進(jìn)行鈦還原，本發(fā)明方法中的含鈦物料優(yōu) 選鈦白粉、金紅石、高鈦渣、鈦精礦中至少一種。本發(fā)明鈦還原方法，工藝簡(jiǎn)單，整個(gè)還原過(guò)程不污染環(huán)境，能耗明顯低于現(xiàn)行的鎂還原 法，生產(chǎn)的金屬鈦純度高(鈦含量可以達(dá)到99.7%以上)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步的描述，并不因此將本發(fā)明限制在所 述的實(shí)施例范圍之中。 實(shí)施例l取Ti02含量為100克的鈦白粉和含C 33克的石墨混合、造粒、干燥后，與200克硅鐵(含 Si75%) —起加入還原爐內(nèi)，在常壓下于178(TC的溫度下還原。冷卻后得到合金，該合金經(jīng) 化學(xué)分析表明含Ti23. 46%， Si50. 63%， Fe25. 08%， C < 0. 1% 。取上述所得合金100克，與220克金屬鋅一起加入萃取爐內(nèi)，在常壓(氬氣保護(hù))下于 80(TC的溫度下反應(yīng)。冷卻后得到Zn-Ti合金，這種合金經(jīng)化學(xué)分析表明含Ti8. 12%， Zn91. 77%將得到的Zn-Ti合金在1000°C的真空條件下進(jìn)行蒸餾，得到的金屬鈦經(jīng)化學(xué)分析表明含 Ti99. 89%， FeO. 07%， SiO. 026%， 0 0. 075%， C < 0. 02%， Zn < 0. 05% 。 實(shí)施例2
取Ti02含量為100克的金紅石和含C 33克的碳黑混合、造粒、干燥后，與200克硅鐵(含 Si75%) —起加入還原爐內(nèi)，在真空條件下于148(TC的溫度下還原。冷卻后得到合金，這種 合金經(jīng)化學(xué)分析表明含Ti25. 01%， Si49. 11%， Fe25. 47%， C < 0. 1% 。取上述所得合金100克，與220克金屬鉛一起加入萃取爐內(nèi)，在常壓(氬氣保護(hù))下于 80(TC的溫度下反應(yīng)。冷卻后得到Pb-Ti合金，這種合金經(jīng)化學(xué)分析表明含Ti9. 02%， Pb90. 85%將得到的Pb-Ti合金在120CTC的真空條件下進(jìn)行蒸餾，得到的金屬鈦經(jīng)化學(xué)分析表明含 Ti99. 77%， FeO. 08%， SiO. 021%， 0 0. 091%， C < 0. 02%， Pb < 0. 05% 。 實(shí)施例3取Ti02含量為100克的鈦白粉和含C 33克的焦碳混合、造粒、干燥后，與150克金屬錫一 起加入還原爐內(nèi)，在真空條件下于148(TC的溫度下還原。冷卻后得到合金，這種合金經(jīng)化學(xué) 分析表明含Ti27. 12%， Sn72. 34%， C < 0. 02% 。取上述所得合金100克，與220克金屬鋅一起加入萃取爐內(nèi)，在常壓(氬氣保護(hù))下于 80(TC的溫度下反應(yīng)。冷卻后得到Zn-Ti合金，這種合金經(jīng)化學(xué)分析表明含Ti9. 08%， Zn90. 63%將得到的Zn-Ti合金在1000°C的真空條件下進(jìn)行蒸餾，得到的金屬鈦經(jīng)化學(xué)分析表明含 Ti99. 72%， Fe < 0. 05%， Si < 0. 02%， 0 0. 071%， C < 0. 02%， Zn < 0. 05%， Sn < 0. 05% 。 實(shí)施例4取Ti02含量為100克的高鈦渣和含C 33克的石墨混合、造粒、干燥后，與150克金屬銅一 起加入還原爐內(nèi)，在真空條件下于148(TC的溫度下還原。冷卻后得到合金，這種合金經(jīng)化學(xué) 分析表明含Ti28. 33%， Cu70. 92%， C < 0. 02% 。取上述所得合金100克，與220克金屬鉛一起加入萃取爐內(nèi)，在常壓(氬氣保護(hù))下于 80(TC的溫度下反應(yīng)。冷卻后得到Pb-Ti合金，這種合金經(jīng)化學(xué)分析表明含Ti9. 64%， Pb90. 03%將得到的Pb-Ti合金在120CTC的真空條件下進(jìn)行蒸餾，得到的金屬鈦經(jīng)化學(xué)分析表明含 Ti99. 72%， Fe < 0. 05%， Si < 0. 02%， 0 0. 068%， C < 0. 02%， Cu < 0. 05%， Pb < 0. 05% 。
權(quán)利要求
1.一種從含鈦物料中還原得到金屬鈦的方法，包括如下步驟a、含鈦物料以TiO2計(jì)與碳還原劑按重量配比10∶3～4混勻成原料；b、在a步驟混勻的原料中加入硅鐵、金屬錫或金屬銅；c、加入硅鐵、金屬錫或金屬銅后的原料在常壓下于1700℃～1800℃或在真空下于1300℃～1500℃條件下進(jìn)行還原，得到合金；d、步驟c還原所得合金與Zn或Pb在惰性氣體保護(hù)下于常壓800℃～1000℃反應(yīng)，生成Zn-Ti合金或Pb-Ti合金，同時(shí)解析出硅鐵、金屬錫或金屬銅；e、步驟d得到的Zn-Ti合金或Pb-Ti合金于真空條件下于800℃～1200℃進(jìn)行蒸餾，分離得到金屬鈦與金屬Zn或Pb。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的從含鈦物料中還原得到金屬鈦的方法，其特 征在于步驟a所述原料粒度大小為8 12mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的從含鈦物料中還原得到金屬鈦的方法，其特 征在于步驟b中硅鐵、金屬錫或金屬銅的加入量與含鈦物料以Ti"計(jì)按重量配比為l:0.5 0. 67。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的從含鈦物料中還原得到金屬鈦的方法，其特 征在于步驟d中所述的惰性氣體為氬氣。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的從含鈦物料中還原得到金屬鈦的方法，其特 征在于所述的碳還原劑為石墨、碳黑、焦碳、粉煤、石油焦中至少一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的從含鈦物料中還原得到金屬鈦的方法，其特 征在于所述的含鈦物料為鈦白粉、金紅石、高鈦渣、鈦精礦中至少一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含鈦物料還原得到金屬鈦的方法，屬于冶金領(lǐng)域。本發(fā)明方法先將含鈦物料與碳還原劑混勻，然后在混勻的原料中加入硅鐵、金屬錫或金屬銅，然后進(jìn)行還原，得到合金，還原所得合金與Zn或Pb在惰性氣體保護(hù)下于常壓800℃～1000℃反應(yīng)，生成Zn-Ti合金或Pb-Ti合金，最后將Zn-Ti合金或Pb-Ti合金于真空條件下800℃～1200℃進(jìn)行蒸餾，分離得到金屬鈦與Zn或Pb。本發(fā)明鈦還原方法，工藝簡(jiǎn)單，整個(gè)還原過(guò)程不污染環(huán)境，能耗明顯低于現(xiàn)行的鎂還原法，生產(chǎn)的金屬鈦純度高(鈦含量可以達(dá)到99.7％以上)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C22B34/12GK101157990SQ20071020258
公開(kāi)日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2007年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月19日
發(fā)明者弓麗霞, 穆天柱, 穆宏波 申請(qǐng)人:攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼鐵研究院