CN101947652A - 一种微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法 - Google Patents

一种微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101947652A
CN101947652A CN 201010288566 CN201010288566A CN101947652A CN 101947652 A CN101947652 A CN 101947652A CN 201010288566 CN201010288566 CN 201010288566 CN 201010288566 A CN201010288566 A CN 201010288566A CN 101947652 A CN101947652 A CN 101947652A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heating
composite anode
titanium composite
microwave
prepares
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN 201010288566
Other languages
English (en)
Inventor
闫蓓蕾
穆天柱
邓斌
赵三超
徐海海
穆宏波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Pangang Group Co Ltd
Original Assignee
Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Pangang Group Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd, Pangang Group Co Ltd filed Critical Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority to CN 201010288566 priority Critical patent/CN101947652A/zh
Publication of CN101947652A publication Critical patent/CN101947652A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

本发明公开了一种微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法，该方法包括以下步骤：将含钛物料和碳质还原剂按重量百分比为100∶(10～50)的比例混合均匀；将混合后的物料通过压力成型制备成毛坯；将毛坯放入在反应器内，通入保护气体；利用微波在1000℃～1200℃对毛坯进行加热，保温一段时间后，将最终的还原产物冷却至室温即得到碳氧钛复合阳极。本发明的上述处理方法，具有工艺流程短，反应时间短，反应温度低，能耗低，环境友好，易于实现工艺的连续性，有良好的推广应用前景等优点。

Description

一种微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金领域，特别涉及一种微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法。
背景技术
微波加热作为一种新型绿色冶金、材料制备的方法，已发展成为一门引人注目的新兴前沿交叉学科。微波加热在冶金中的应用与常规加热方式相比具有无可比拟的优点：选择性加热，升温速率快，加热效率高，改变常规加热依靠温度梯度的热传导过程等，微波加热已经成为快速制备高性能的新材料和对传统材料进行改性的重要技术手段。
TiO·mTiC固溶体作为可溶阳极电解是电解法制备金属钛的研究热点。这方面的相关研究最早由前苏联的学者在上世纪七十年代提出，认为只有碳氧比近似为1的碳氧化钛的电位才是稳定的。TiO·mTiC固溶体电解法是将TiO2与C混合在高温下还原制得TiO·mTiC固溶体，再将此固溶体阳极在碱金属熔盐体系中进行电解精炼得到纯金属钛。该工艺在电解过程中不产生阳极泥，电解精炼提纯效果好，但是该工艺中的可溶性复合阳极的制作是一个多步骤且较为繁琐的过程，并且热还原能耗较高。着眼于金属钛的低成本、大规模生产，复合阳极制备工艺尚要优化改进。
针对TiO2的碳热还原反应机理，科研机构开展了深入研究。目前形成的反应机理归纳为如下两方面：TiO2→Ti3O5→TiC0.67O0.33→TiCxOy→TiC；TiO2→TinO2n-1→TiCxOy→TiC。目前形成的碳热还原方式主要包括真空炉加热、工业窑炉加热、SPS等离子加热等。上述加热方式普遍存在烧结周期长、能耗大、热效率低、加热不均匀等缺点，导致最终还原产物的物相组成不稳定及整体工艺经济性不佳。
发明内容
本发明针对已有技术的缺陷和不足，提供一种使用含钛物料和含碳单质为原料，以微波加热方式制备碳氧钛复合阳极的方法。本工艺中微波加热可降低反应物活化能，加快反应进程，缩短反应时间，降低反应温度。该方法具有工艺流程短，反应时间短，反应温度低，能耗低，环境友好，易于实现工艺的连续性，有良好的推广应用前景等优点。
本发明提供了一种微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法，包括以下步骤：将含钛物料和碳质还原剂重量百分比为100∶(10～50)的比例混合均匀，然后将混合后的物料通过压力成型制备成毛坯，再将毛坯放入在反应器内，通入保护气体，利用微波在1000℃～1200℃对毛坯进行加热，保温一段时间后，将最终的还原产物冷却至室温即得到碳氧钛复合阳极。
优选地，根据本发明所述的一种微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法，其中，所述含钛物料和碳质还原剂的粒度大于300目，所述含钛物料为偏钛酸或钛白粉，且所述偏钛酸中TiO2含量为80wt％～81wt％，钛白粉中TiO2含量为大于98wt％。
优选地，根据本发明所述的一种微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法，其中，所述碳质还原剂为石油焦、木炭、无烟煤中的任何一种。
优选地，根据本发明所述的一种微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法，其中，所述碳质还原剂中的含碳量为74wt％～95wt％。
优选地，根据本发明所述的一种微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法，其中，所述压力成型设定的压力值为500～1000kg/cm2。
优选地，根据本发明所述的一种微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法，其中，所述保护气体为氩气或氦气，且所述保护气体的流量为0.5L/min～10L/min。
优选地，根据本发明所述的一种微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法，其中，所述微波源频率为900～3000MHz。
优选地，根据本发明所述的一种微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法，其中，所述碳热还原的保温时间为60～360min。
优选地，根据本发明所述的一种微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法，其中，所述还原产物的冷却方式为自然冷却。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法。下面将详细描述根据本发明实施例的微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法。
将粒度大于300目的含钛物料和碳质还原剂按重量百分比为100∶(10～50)混合均匀。含钛物料和碳质还原剂的混合比例是根据反应式的摩尔比来确定的，同时确保加入的碳质还原剂少量过量，以确保反应的完全进行。然后将混合后的物料通过压力成型在500～1000kg/cm2下压制成毛坯，因为反应是固固反应，只有两种物料紧密接触，反应才能充分进行，所以需要对混合物料进行压制，当压力低于500kg/cm2，两种物料的紧密度不够，会使反应进行的不充分，当压力高于1000kg/cm2，则毛坯过于致密，不利于反应过程中气体的放出。
再将毛坯放入反应器内，通入保护气体，保护气体的流量为0.5L/min～10L/min，通入保护气体的主要作用是防止生产的低价钛被氧化，同时带走产生的CO气体，利于反应正向进行。保护气体的流量主要和装置的大小有关，本装置的气体最佳流量为0.5L/min～10L/min，流量低于0.5L/min则不能达到保护的效果，如果流量高于10L/min，则成本较高。
利用频率为900～3000MHz的微波源对毛坯进行加热，基于现有设备情况900～3000MHz这个频率范围能提供的温度及还原效果对于本工艺是最佳的。在1000℃～1200℃下进行碳热还原，保温60～360min，使反应充分进行，将最终的还原产物自然冷却至室温即得到碳氧钛复合阳极。
根据本发明，优选地，含钛物料为偏钛酸或钛白粉，且偏钛酸中TiO2含量为80wt％～81wt％，钛白粉中TiO2含量为大于98wt％；碳质还原剂为石油焦、木炭、无烟煤中的任何一种，碳质还原剂中的含碳量为74wt％～95wt％。
本发明的微波加热制备碳氧钛复合阳极的原理为：含钛物料和碳质还原剂的热容相对较小，吸波性能良好，可以快速达到反应温度，通入保护气体，保证还原气氛，使碳质还原剂能够将TiO2还原成低价碳氧钛复合物，上述碳热还原的化学反应式如下：
TiO2+(2+x-y)C＝TiCxOy+(2-y)CO    0＜x≤1，0＜y≤2。
以下，将描述本发明的具体实施例。
实施例1
称取钛白粉100g，其粒度为250目，其中TiO2含量为99wt％，无烟煤52.1克，无烟煤中含碳量为95wt％，将上述两种物料在行星式球磨机内混合均匀，以500kg/cm2的压力在金属液压机内压制成型，将压好的物料放入反应器中，通入氩气作为保护气体，流量为0.5L/min，开启微波，微波频率为3000MHz，反应温度控制在1200℃，反应时间360min。碳热反应完成后，反应产物随炉自然冷却，冷却后的产物经XRD物相分析得出主要物相为TiC、Ti2O3和C，即为碳氧钛复合阳极。
实施例2
称取钛白粉100g，其粒度为200目，其中TiO2含量为98wt％，木炭40克，木炭中含碳量为74wt％，将上述两种物料在行星式球磨机内混合均匀，以1000kg/cm2的压力在金属液压机内压制成型，将压好的物料放入反应器中，通入氩气作为保护气体，流量为2L/min，开启微波，微波频率为3000MHz，反应温度控制在1100℃，反应时间240min。碳热反应完成后，反应产物随炉自然冷却，冷却后的产物经XRD物相分析得出主要物相为TiO·TiC，化学组成为TiC0.51O0.49，即为碳氧钛复合阳极。
实施例3
称取钛白粉100g，其粒度为180目，其中TiO2含量为98wt％，石油焦11克，石油焦中含碳量为90wt％，将上述两种物料在行星式球磨机内混合均匀，以800kg/cm2的压力在金属液压机内压制成型，将压好的物料放入反应器中，通入氩气作为保护气体，流量为5L/min，开启微波，微波频率为900MHz，反应温度控制在1000℃，反应时间100min。碳热反应完成后，反应产物随炉自然冷却，冷却后的产物为低价钛氧化物和碳组成的固溶体，经XRD物相分析得出主要物相为Ti3O5、Ti2O3和C，即为碳氧钛复合阳极。
实施例4
称取钛白粉100g，其粒度为120目，其中TiO2含量为98wt％，无烟煤16克，无烟煤中含碳量为95wt％，将上述两种物料在行星式球磨机内混合均匀，以800kg/cm2的压力在金属液压机内压制成型，将压好的物料放入反应器中，通入氩气作为保护气体，流量为8L/min，开启微波，微波频率为2100MHz，反应温度控制在1100℃，反应时间180min。碳热反应完成后，反应产物随炉自然冷却，冷却后的产物为低价钛氧化物和碳组成的固溶体，经XRD物相分析得出主要物相为TiO和Ti2O3和C，即为碳氧钛复合阳极。
实施例5
称取偏钛酸100g，其粒度为80目，其中TiO2含量为80wt％，木炭32.5克，无烟煤中含碳量为74wt％，将上述两种物料在行星式球磨机内混合均匀，以1000kg/cm2的压力在金属液压机内压制成型，将压好的物料放入反应器中，通入氩气作为保护气体，流量为10L/min，开启微波，微波频率为3000MHz，反应温度控制在1200℃，反应时间360min。碳热反应完成后，反应产物随炉自然冷却，冷却后的产物经XRD物相分析得出主要物相为TiO·TiC，化学组成为TiC0.48O0.49，即为碳氧钛复合阳极。
本发明的积极效果是：含钛物料和碳质还原剂的热容相对较小，吸波性能良好，反应过程中脱氧还原反应的所需能量来源于微波与二氧化钛、碳粉的相互作用，因此在反应过程中物料内部均匀发热、均匀反应，同时微波还能降低反应物活化能，加快反应进程，缩短烧结时间，反应温度比电加热等有所降低，且微波加热具有能量利用率高、有利于物质扩散等特点，因此利用微波技术进行反应烧结碳氧钛复合阳极材料具有反应温度较低，反应时间较短等优点，并且本发明工艺流程短，对环境无危害，易于实现工艺的连续性，因此便于工业化生产。
本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变形和修改。

Claims (12)

1.一种微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法，其特征在于包括以下步骤：
将含钛物料和碳质还原剂按重量百分比为100∶(10～50)的比例混合均匀；
将混合后的物料通过压力成型制备成毛坯；
将毛坯放入在反应器内，通入保护气体；
利用微波在1000℃～1200℃对毛坯进行加热，保温一段时间后，将最终的还原产物冷却至室温即得到碳氧钛复合阳极。
2.根据权利要求1所述的微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法，其特征在于所述含钛物料和碳质还原剂的粒度大于300目。
3.根据权利要求1所述的微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法，其特征在于所述含钛物料为偏钛酸或钛白粉。
4.根据权利要求3所述的微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法，其特征在于所述偏钛酸中TiO2含量为80wt％～81wt％，钛白粉中TiO2含量为大于98wt％。
5.根据权利要求1所述的微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法，其特征在于所述碳质还原剂为石油焦、木炭、无烟煤中的任何一种。
6.根据权利要求1或5所述的微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法，其特征在于所述碳质还原剂中的含碳量为74wt％～95wt％。
7.根据权利要求1所述的微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法，其特征在于所述压力成型设定的压力值为500～1000kg/cm2。
8.根据权利要求1所述的微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法，其特征在于所述保护气体为氩气或氦气。
9.根据权利要求1所述的微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法，其特征在于所述保护气体的流量为0.5L/min～10L/min。
10.根据权利要求1所述的微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法，其特征在于所述微波源频率为900～3000MHz。
11.根据权利要求1所述的微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法，其特征在于所述碳热还原的保温时间为60～360min。
12.根据权利要求1所述的微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法，其特征在于所述还原产物的冷却方式为自然冷却。
CN 201010288566 2010-09-21 2010-09-21 一种微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法 Pending CN101947652A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201010288566 CN101947652A (zh) 2010-09-21 2010-09-21 一种微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201010288566 CN101947652A (zh) 2010-09-21 2010-09-21 一种微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101947652A true CN101947652A (zh) 2011-01-19

Family

ID=43451350

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201010288566 Pending CN101947652A (zh) 2010-09-21 2010-09-21 一种微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101947652A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105220180A (zh) * 2015-11-12 2016-01-06 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 电解提取金属钛时复合阳极的制备方法
CN110592399A (zh) * 2019-08-30 2019-12-20 浙江海虹控股集团有限公司 一种节能型提取金属钛的系统和方法
CN113699560A (zh) * 2021-07-17 2021-11-26 广西大学 一种氟氯混合熔盐体系可溶阳极电解制备金属钛的方法
CN115676829A (zh) * 2022-05-30 2023-02-03 广西大学 一种高效制备高品质碳氧化钛的方法
CN115676829B (zh) * 2022-05-30 2024-04-19 广西大学 一种制备高品质碳氧化钛的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1712571A (zh) * 2005-05-08 2005-12-28 北京科技大学 一氧化钛/碳化钛可溶性固溶体阳极电解生产纯钛的方法
CN101187042A (zh) * 2007-09-12 2008-05-28 北京科技大学 一种以钛复合矿为原料制备TiC·mTiO固溶体的方法
US7410562B2 (en) * 2003-08-20 2008-08-12 Materials & Electrochemical Research Corp. Thermal and electrochemical process for metal production

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7410562B2 (en) * 2003-08-20 2008-08-12 Materials & Electrochemical Research Corp. Thermal and electrochemical process for metal production
CN1712571A (zh) * 2005-05-08 2005-12-28 北京科技大学 一氧化钛/碳化钛可溶性固溶体阳极电解生产纯钛的方法
CN101187042A (zh) * 2007-09-12 2008-05-28 北京科技大学 一种以钛复合矿为原料制备TiC·mTiO固溶体的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《粉末冶金技术》 20031231 易键宏等 微波烧结技术的进展及展望 第21卷, 第6期 2 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105220180A (zh) * 2015-11-12 2016-01-06 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 电解提取金属钛时复合阳极的制备方法
CN110592399A (zh) * 2019-08-30 2019-12-20 浙江海虹控股集团有限公司 一种节能型提取金属钛的系统和方法
CN113699560A (zh) * 2021-07-17 2021-11-26 广西大学 一种氟氯混合熔盐体系可溶阳极电解制备金属钛的方法
CN113699560B (zh) * 2021-07-17 2023-12-29 广西大学 一种氟氯混合熔盐体系可溶阳极电解制备金属钛的方法
CN115676829A (zh) * 2022-05-30 2023-02-03 广西大学 一种高效制备高品质碳氧化钛的方法
CN115676829B (zh) * 2022-05-30 2024-04-19 广西大学 一种制备高品质碳氧化钛的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fan et al. A novel recycling approach for efficient extraction of titanium from high-titanium-bearing blast furnace slag
CN102268686A (zh) 一种熔盐中电化学还原固态金属氧化物低温合成高熔点金属碳化物方法
CN102568641A (zh) 一种负载纳米金属颗粒的石墨烯复合材料的制备方法
CN102266943A (zh) 一种制备高纯度钼电极的方法
Zhang et al. Recovery of silicon kerf waste from diamond wire sawing by two-step sintering and acid leaching method
CN102796912B (zh) 一种Al2O3弥散强化铜合金棒材的制备方法
CN102921953A (zh) 一种由TiO2制备金属钛粉的方法
CN102212706A (zh) 二段碳还原法从三氧化二砷原料提取金属砷的方法
CN102220608B (zh) 一种硅锰合金制备方法
CN109868375A (zh) 一种金属铬的生产方法
CN101947652A (zh) 一种微波加热制备碳氧钛复合阳极的方法
WO2017190393A1 (zh) 一种以钛铁复合矿为原料提取铁、钛的方法及过滤设备
CN102703929A (zh) 一种钛铁矿直接还原制取Ti-Fe合金的方法
CN104531999A (zh) 一种钒氮合金的制备方法
CN104451758A (zh) 一种熔盐电解高钛渣制备碳化钛的方法
Jiao et al. Electrochemical synthesis of Ti5Si3 in CaCl2 melt
CN104846258B (zh) 铁基（V，Ti）CN复合粉体的制备方法
CN101863663A (zh) 燃烧法制备亚微米级碳化钛多晶粉末
CN101624662B (zh) 一种微波熔渗制备W-Cu合金的方法
CN110029220A (zh) 一种两步法还原氧化铬制备金属铬粉的方法
CN103303880A (zh) 真空炉法制备高氮氮化钒生产工艺
CN103602814B (zh) 一种氮化钒合金的制备方法
CN103962568B (zh) 一种微波加热制备还原铬粉的方法
CN104099634A (zh) 氮化钒的制备方法
CN107845462A (zh) 一种低磁滞损耗的磁性材料制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20110119