CN102534263A - 一种氟钛酸钠铝热还原制备海绵钛的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种氟钛酸钠铝热还原制备海绵钛的方法，包括以下几个步骤：反应步骤：在真空条件下，将铝、锌混合，再加入氟钛酸钠进行反应；分离步骤：将反应完全的产物静置，通入惰性气体，提取出上层液相中的NaF、AlF3；蒸馏步骤：在真空状态下，蒸去剩余产物Zn-Ti中的Zn；其中，所述铝与锌质量比为1:2-1:10。本发明还提供了另外一种氟钛酸钠铝热还原制备海绵钛的方法，包括以下几个步骤：反应步骤：在真空通惰性气体的条件下，将铝、锌、镁混合，再与氟钛酸钠进行反应；分离步骤：将反应完全的产物静置，通入惰性气体，提取出上层液相中的NaF、AlF3、MgF2；蒸馏步骤：在真空状态下，蒸去剩余产物中的Mg、Zn；其中，所述铝锌镁的质量比为18：108：1-1:6：1。
Description
技术领域
本发明涉及一种氟钛酸钠铝热还原制备海绵钛的方法，尤其涉及一种低成本高效率可连续化作业的氟钛酸钠铝热还原制备海绵钛的方法。
背景技术
国内外已知的海绵钛生产工艺主要有金属热还原法、电解法、直接热分解法和导电体介入反应法等，常用原料包括卤化钛（TiCl4、TiI4）、氧化钛（TiO2）和钛化合物（K2TiF6、Na2TiF6）等。纵观海绵钛的各种生产工艺，传统的四氯化钛镁热还原法（Kroll法）虽然已经成熟并工业化，但工艺复杂，成本高，并且污染环境，限制了进一步的应用和推广。氟钛酸钠金属热还原法制备海绵钛的工艺，是一种连续化低成本高效率的生产方法，能有效解决传统工艺中的诸多问题，在国内外只有少量报道，至今没有成功工业化的案例。
发明内容
本发明提供了一种氟钛酸钠铝热还原制备海绵钛的方法，
方案1：氟钛酸钠用铝热还原法制备钛的方法：
所涉及到的方程式：3Na2TiF6+4Al=3Ti+6NaF+4AlF3
方案2：氟钛酸钠用镁热还原方法制备海绵钛：
所涉及到的化学方程式：
3Na2TiF6+4Al=3Ti+6NaF+4AlF3
Na2TiF6+2Mg=Ti+2MgF2+2NaF
该方法包括以下几个步骤：
反应步骤：在真空条件下，将铝、锌混合，再与氟钛酸钠进行反应；
分离步骤：反应完全后，通入惰性气体，提取出上层液相中的NaF、AlF3；
蒸馏步骤：在真空状态下，蒸去剩余产物中的Zn；
其中，所述铝与锌质量比为1:2-1:10。
优选的，所述反应步骤中反应温度为1000℃。
优选的，所述分离步骤中液相提取温度为1050℃。
优选的，所述蒸馏步骤中蒸馏温度为1000℃
本发明还提供了另外一种氟钛酸钠铝热还原制备海绵钛的方法，包括以下几个步骤：
反应步骤：在真空通惰性气体的条件下，将铝、锌、镁混合，再加入氟钛酸钠进行反应；
分离步骤：反应完全后，通入惰性气体，提取出上层液相中的NaF、AlF3、MgF2；
蒸馏步骤：在真空状态下，蒸去剩余产物中的Mg、Zn；
其中，所述铝锌镁的质量比为18：108：1-1:6：1。
优选的，所述反应步骤中反应温度为950℃。
优选的，所述分离步骤中液相提取温度为1050℃。
优选的，所述蒸馏步骤中蒸馏温度为1100℃
优选的，所述蒸馏步骤中真空度至少为1MPa。
本发明的有益效果是：本发明采用以上技术方案，与传统工艺相比，工艺流程短、成本低、并且环保无害，海绵钛的还原率和产率可以与现有技术媲美，并且最后生成的海绵钛可直接用于工艺生产，进一步节约了资源，节省了成本。
具体实施方式
下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明：
方案1：以锌为基体，氟钛酸钠用铝热还原的方法制备海绵钛：
所涉及到的方程式：3Na2TiF6+4Al=3Ti+6NaF+4AlF3
实施例1：真空条件下，将36克铝和72克锌混合，再与240克的氟钛酸钠在1000℃下进行反应；
反应完全后静置，通入惰性气体，在1050℃提取出上层的NaF、AlF3液相;
在高真空1000℃状态下，将剩余产物中的Zn蒸馏出来，得到海绵钛45.01克；产物中含钛量为87.76%，还原率为82.3%。
实施例2：真空条件下，将36克铝和144克锌混合，再与240克的氟钛酸钠在1000℃下进行反应；
反应完全后静置，通入惰性气体，在1050℃提取出上层的NaF、AlF3液相;
在高真空1000℃状态下，将剩余产物中的Zn蒸馏出来，得到海绵钛48.22克；产物中含钛量为92.07%，还原率为92.5%。
实施例3：真空条件下，将36克铝和216克锌混合，再与240克的氟钛酸钠在1000℃下进行反应；
反应完全后静置，通入惰性气体，在1050℃提取出上层的NaF、AlF3液相;
在高真空1000℃状态下，将剩余产物中的Zn蒸馏出来，得到海绵钛49.4克；产物中含钛量为92.29%，还原率为95%。
实施例4：真空条件下，将36克铝和288克锌混合，再与240克的氟钛酸钠在1000℃下进行反应；
反应完全后静置，通入惰性气体，在1050℃提取出上层的NaF、AlF3液相;
在高真空1000℃状态下，将剩余产物中的Zn蒸馏出来，得到海绵钛50.26克；产物中含钛量为90.92%，还原率为95.2%。
实施例5：真空条件下，将36克铝和360克锌混合，再与240克的氟钛酸钠在1000℃下进行反应；
反应完全后静置，通入惰性气体，在1050℃提取出上层的NaF、AlF3液相;
在高真空1000℃状态下，将剩余产物中的Zn蒸馏出来，得到海绵钛49.7克；产物中含钛量为92.14%，还原率为95.4%。
表1：试验数据
还原率（%）=（实得海绵钛产物×产物含Ti量）/理论Ti量
方案2：以锌镁为基体，氟钛酸钠用铝热还原的方法制备海绵钛：
所涉及到的方程式：
3Na2TiF6+4Al=3Ti+6NaF+4AlF3
Na2TiF6+2Mg=Ti+2MgF2+2NaF
实施例6：真空通惰性气体的条件下，将36克铝、216克锌和36克镁混合，再与240克的氟钛酸钠在950℃下进行反应；
反应完全后静置，通入惰性气体，在1050℃提取出上层的NaF、MgF2、AlF3液相;
在高真空1100℃状态下，将剩余产物中的Mg、Zn蒸馏出来，得到海绵钛48.36克；产物中含钛量为92.7%，还原率为93.4%。
实施例7：真空通惰性气体的条件下，将36克铝、216克锌和18克镁混合，再与240克的氟钛酸钠在950℃下进行反应；
反应完全后静置，通入惰性气体，在1050℃提取出上层的NaF、MgF2、AlF3液相;
在高真空1100℃状态下，将剩余产物中的Mg、Zn蒸馏出来，得到海绵钛47.8克；产物中含钛量为92.78%，还原率为92.4%。
实施例8：真空通惰性气体的条件下，将36克铝、216克锌和9克镁混合，再与240克的氟钛酸钠在950℃下进行反应；
反应完全后静置，通入惰性气体，在1050℃提取出上层的NaF、MgF2、AlF3液相;
在高真空1100℃状态下，将剩余产物中的Mg、Zn蒸馏出来，得到海绵钛47.91克；产物中含钛量为94.88%，还原率为94.7%。
实施例9：真空通惰性气体的条件下，将36克铝、216克锌和2克镁混合，再与240克的氟钛酸钠在950℃下进行反应；
反应完全后静置，通入惰性气体，在1050℃提取出上层的NaF、MgF2、AlF3液相;
在高真空1100℃状态下，将剩余产物中的Mg、Zn蒸馏出来，得到海绵钛46.3克；产物中含钛量为98.79%，还原率为95.3%。
表2：试验数据
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种氟钛酸钠铝热还原制备海绵钛的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
反应步骤：在真空条件下，将铝、锌混合，再加入氟钛酸钠进行反应；
分离步骤：反应完全后，通入惰性气体，提取出上层液相中的NaF、AlF3；
蒸馏步骤：在真空状态下，蒸去剩余产物中的Zn；
其中，所述铝与锌的质量比为1:2-1:10。
2.一种氟钛酸钠铝热还原制备海绵钛的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
反应步骤：在真空通惰性气体的条件下，将铝、锌、镁混合，再加入氟钛酸钠进行反应；
分离步骤：反应完全后，通入惰性气体，提取出上层液相中的NaF、AlF3、MgF2；
蒸馏步骤：在真空状态下，蒸去剩余产物中的Mg和Zn；
其中，所述铝锌镁的质量比为18：108：1-1:6：1。
3.如权利要求1所述的制备海绵钛的方法，其特征在于，所述反应步骤中反应温度为1000℃。
4.如权利要求2所述的制备海绵钛的方法，其特征在于，所述反应步骤中反应温度为950℃。
5.如权利要求1或2所述的制备海绵钛的方法，其特征在于，所述液相分离温度为1050℃。
6.如权利要求1所述的制备海绵钛的方法，其特征在于，所述蒸馏步骤中蒸馏温度为1000℃。
7.如权利要求2所述的制备海绵钛的方法，其特征在于，所述蒸馏步骤中蒸馏温度为1100℃。
8.如权利要求1或2所述的制备海绵钛的方法，其特征在于，所述蒸馏步骤中真空度至少为1MPa。
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