CN100523235C

CN100523235C - 一种含钛物料还原得到金属钛的方法

Info

Publication number: CN100523235C
Application number: CNB2007102025840A
Authority: CN
Inventors: 穆宏波; 穆天柱; 弓丽霞
Original assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2007-11-19
Filing date: 2007-11-19
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2027-11-19
Also published as: CN101157990A

Abstract

本发明涉及一种含钛物料还原得到金属钛的方法，属于冶金领域。本发明方法先将含钛物料与碳还原剂混匀，然后在混匀的原料中加入硅铁、金属锡或金属铜，然后进行还原，得到合金，还原所得合金与Zn或Pb在惰性气体保护下于常压800℃～1000℃反应，生成Zn-Ti合金或Pb-Ti合金，最后将Zn-Ti合金或Pb-Ti合金于真空条件下800℃～1200℃进行蒸馏，分离得到金属钛与Zn或Pb。本发明钛还原方法，工艺简单，整个还原过程不污染环境，能耗明显低于现行的镁还原法，生产的金属钛纯度高(钛含量可以达到99.7%以上)，具有广阔的应用前景。

Description

一种含钛物料还原得到金属钛的方法

技术领域

本发明涉及一种含钛物料还原得到金属钛的方法，属于冶金领域。

背景技术

钛及其合金由于其熔点高、比重轻、强度大、耐腐蚀强等特点，在现代航空、火箭导弹工业、航天技术、枪炮舰艇、生物医用材料及化工设备等方面有广泛应用。钛的纯度对钛制品的质量有重大影响，即使微量的杂质对其性能也有严重影响。例如氧、氮、铁、碳会显著提高钛的硬度而使其塑性变低；氢又将大大降低冲击韧性；而钛的活性很强，能吸收和溶解大量的气体杂质，故生产金属钛时必须防止钛与氧、氮、氢、碳、铁、水蒸气及含碳气体相互作用，这给钛的冶炼造成了很大困难。

目前，国际上唯一用于工业生产的制钛方法为Kroll法，也就是镁还原法，生产得到的海绵钛可用真空自耗电极重熔或电子束熔炼提纯。Kroll法整个生产过程包括氯化镁电解、含钛原料氯化、镁热还原及真空蒸馏脱出氯化镁及过量金属镁四个主要部分。由于其流程长、工序多、能耗高等因素，使海绵钛成本居高不下，其价格远高于钢铁的价格，单位重量价格也是金属铝的3倍以上，限制了钛在各行业的应用。

为了降低海绵钛的价格，在过去50多年中，人们研究了多种还原钛的方法，如化学热还原法、TiCl₄气相还原法、等离子法、金属氢化物还原法、电解法等。

上述方法有些由于能耗大、污染大而没有投入工业使用，有些还停留在实验和理论阶段。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足，提供一种工艺简单、能耗低、污染小的钛还原的方法。

为了实现上述目的，本发明钛还原方法步骤如下：

a、含钛物料以TiO₂计与碳还原剂按重量配比10:3～4混匀成原料；

b、在a步骤混匀的原料中加入硅铁、金属锡或金属铜；

c、加入硅铁、金属锡或金属铜后的原料在常压下于1700℃～1800℃或在真空下于1300℃～1500℃条件下进行还原，得到合金；

d、步骤c还原所得合金与Zn或Pb在惰性气体保护下于常压800℃～1000℃反应，生成Zn-Ti合金或Pb-Ti合金，同时解析出硅铁、金属锡或金属铜；

e、步骤d得到的Zn-Ti合金或Pb-Ti合金于真空条件下于800℃～1200℃进行蒸馏，分离得到金属钛与金属Zn或Pb。

由于含钛物料和碳还原剂是粉料，为了减少飞扬损失，因此，步骤a中的含钛物料和碳还原剂混匀后可以进行造粒，使混匀后的原料粒度大小为8～12mm。

本发明方法步骤b中加入硅铁、金属锡或金属铜作为吸收剂，可以吸收还原出来的Ti，形成Si-Ti-Fe合金、Sn-Ti合金、或Cu-Ti合金，避免碳化钛的生成。其中，吸收剂的加入量与含钛物料以TiO₂计按重量配比优选为1:0.5～0.67。

步骤c还原得到硅铁钛、锡钛或铜钛合金。

步骤d中所述的惰性气体指氦气、氖气、氩气等。其中，优选氩气。

步骤d中Zn或Pb作金属萃取剂，萃取步骤c得到的合金中的金属钛，得到Zn-Ti合金或Pb-Ti合金。

碳还原剂种类很多，本发明方法优选碳还原剂：石墨、碳黑、焦碳、粉煤、石油焦中至少一种。

常见的含钛矿石、矿渣等均可以用本发明方法进行钛还原，本发明方法中的含钛物料优选：钛白粉、金红石、高钛渣、钛精矿中至少一种。

本发明钛还原方法，工艺简单，整个还原过程不污染环境，能耗明显低于现行的镁还原法，生产的金属钛纯度高(钛含量可以达到99.7％以上)，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

取TiO₂含量为100克的钛白粉和含C33克的石墨混合、造粒、干燥后，与200克硅铁(含Si75％)一起加入还原炉内，在常压下于1780℃的温度下还原。冷却后得到合金，该合金经化学分析表明含Ti23.46％，Si50.63％，Fe25.08％，C<0.1％。

取上述所得合金100克，与220克金属锌一起加入萃取炉内，在常压(氩气保护)下于800℃的温度下反应。冷却后得到Zn-Ti合金，这种合金经化学分析表明含Ti8.12％，Zn91.77％。

将得到的Zn-Ti合金在1000℃的真空条件下进行蒸馏，得到的金属钛经化学分析表明含Ti99.89％，Fe0.07％，Si0.026％，O 0.075％，C<0.02％，Zn<0.05％。

实施例2

取TiO₂含量为100克的金红石和含C33克的碳黑混合、造粒、干燥后，与200克硅铁(含Si75％)一起加入还原炉内，在真空条件下于1480℃的温度下还原。冷却后得到合金，这种合金经化学分析表明含Ti25.01％，Si49.11％，Fe25.47％，C<0.1％。

取上述所得合金100克，与220克金属铅一起加入萃取炉内，在常压(氩气保护)下于800℃的温度下反应。冷却后得到Pb-Ti合金，这种合金经化学分析表明含Ti9.02％，Pb90.85％。

将得到的Pb-Ti合金在1200℃的真空条件下进行蒸馏，得到的金属钛经化学分析表明含Ti99.77％，Fe0.08％，Si0.021％，00.091％，C<0.02％，Pb<0.05％。

实施例3

取Ti0₂含量为100克的钛白粉和含C33克的焦碳混合、造粒、干燥后，与150克金属锡一起加入还原炉内，在真空条件下于1480℃的温度下还原。冷却后得到合金，这种合金经化学分析表明含Ti27.12％，Sn72.34％，C<0.02％。

取上述所得合金100克，与220克金属锌一起加入萃取炉内，在常压(氩气保护)下于800℃的温度下反应。冷却后得到Zn-Ti合金，这种合金经化学分析表明含Ti9.08％，Zn90.63％。

将得到的Zn-Ti合金在1000℃的真空条件下进行蒸馏，得到的金属钛经化学分析表明含Ti99.72％，Fe<0.05％，Si<0.02％，00.071％，C<0.02％，Zn<0.05％，Sn<0.05％。

实施例4

取TiO₂含量为100克的高钛渣和含C33克的石墨混合、造粒、干燥后，与150克金属铜一起加入还原炉内，在真空条件下于1480℃的温度下还原。冷却后得到合金，这种合金经化学分析表明含Ti28.33％，Cu70.92％，C<0.02％。

取上述所得合金100克，与220克金属铅一起加入萃取炉内，在常压(氩气保护)下于800℃的温度下反应。冷却后得到Pb-Ti合金，这种合金经化学分析表明含Ti9.64％，Pb90.03％。

将得到的Pb-Ti合金在1200℃的真空条件下进行蒸馏，得到的金属钛经化学分析表明含Ti99.72％，Fe<0.05％，Si<0.02％，00.068％，C<0.02％，Cu<0.05％，Pb<0.05％。

Claims

1、一种从含钛物料中还原得到金属钛的方法，包括如下步骤：

b、在a步骤混匀的原料中加入硅铁、金属锡或金属铜；其中，硅铁、金属锡或金属铜的加入量与含钛物料以TiO₂计按重量配比为1:0.5～0.67；

2、根据权利要求1所述的从含钛物料中还原得到金属钛的方法，其特征在于：步骤a所述原料粒度大小为8～12mm。

3、根据权利要求1所述的从含钛物料中还原得到金属钛的方法，其特征在于：步骤d中所述的惰性气体为氩气。

4、根据权利要求1所述的从含钛物料中还原得到金属钛的方法，其特征在于：所述的碳还原剂为石墨、碳黑、焦碳、粉煤、石油焦中至少一种。

5、根据权利要求1所述的从含钛物料中还原得到金属钛的方法，其特征在于：所述的含钛物料为钛白粉、金红石、高钛渣、钛精矿中至少一种。