CN102560153B - 一种氟钛酸钾铝热还原制备海绵钛的方法 - Google Patents

一种氟钛酸钾铝热还原制备海绵钛的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种氟钛酸钾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，再与氟钛酸钾进行反应；蒸馏步骤：在真空状态下，蒸去反应生成的KF、AlF3和Zn；冷却步骤：焖炉冷却后得到海绵钛；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钾铝热还原法制备海绵钛的方法，包括以下几个步骤：反应步骤：在真空通氩气的条件下，将铝、镁混合，再与氟钛酸钾进行反应；蒸馏步骤：在真空状态下，蒸去反应生成的KF、AlF3、MgF2、Mg；冷却步骤：焖炉冷却后得到海绵钛；其中，所述铝与镁的质量比为1:1-1:10。

Description

一种氟钛酸钾铝热还原制备海绵钛的方法
技术领域
本发明涉及一种氟钛酸钾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钾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。氟钛酸钾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
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种氟钛酸钾铝热还原法制备海绵钛的方法，包括以下几个步骤：
反应步骤：在真空的条件下，将铝、锌混合，再与氟钛酸钾进行反应； 
蒸馏步骤：在真空状态下，蒸去反应生成的KF、AlF3和Zn；
冷却步骤：保持真空状态，焖炉冷却后得到海绵钛；
其中，所述铝与锌的质量比为1:2-1:10。
优选的，所述反应步骤中反应温度为800℃。
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钾铝热还原法制备海绵钛的方法，包括以下几个步骤：
反应步骤：在真空通氩气的条件下，将铝、镁混合，再与氟钛酸钾进行反应；
蒸馏步骤：在真空状态下，蒸馏的方法蒸去反应生成的KF、AlF3、MgF2、Mg；
冷却步骤：保持真空状态，焖炉冷却后得到海绵钛；
其中，所述铝与镁的质量比为1:1-1:10。
优选的，所述反应步骤中反应温度为750℃。
优选的，所述蒸馏步骤中蒸馏温度为1100℃。
本发明还提供了一种氟钛酸钾铝热还原法制备海绵钛的方法，包括以下几个步骤：
反应步骤：在真空通氩气的条件下，将铝、镁和锌混合，再与氟钛酸钾进行反应；
蒸馏步骤：在真空状态下，蒸馏的方法蒸去反应生成的KF、AlF3、MgF2、Mg与Zn；
冷却步骤：保持真空状态，焖炉冷却后得到海绵钛；
其中，所述铝锌镁的质量比：2:8:0.1-1:4:1。
    优选的，所述反应步骤中反应温度为800℃。
优选的，所述蒸馏步骤中蒸馏温度为1100℃。
优选的，所述冷却步骤中冷却的时间为10小时。
优选的，所述冷却步骤中冷却速率为1℃/min。
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，氟钛酸钾用铝热还原法制备钛的方法：
    所涉及到的方程式：3K2TiF6+4Al=3Ti+6KF+4AlF3
实施例1：真空条件下，将36克铝和72克锌混合，再与240克的氟钛酸钾在800℃下进行反应；
真空状态下，在1000℃蒸馏掉以上反应生成的KF、AlF3和Zn; 
保持真空状态，将产物焖炉冷却10个小时，冷却速率为1℃/min，得到海绵钛54.01克；产物中含钛量为73.4%，还原率为82.6%。
实施例2：真空条件下，将36克铝和144克锌混合，再与240克的氟钛酸钾在800℃下进行反应；
真空状态下，在1000℃蒸馏除去以上反应生成的KF、AlF3和Zn;
保持真空状态，将产物焖炉冷却10个小时，冷却速率为1℃/min，得到海绵钛50.22克；产物中含钛量为90.8%，还原率为95%。
实施例3：真空条件下，将36克铝和216克锌混合，再与240克的氟钛酸钾在800℃下进行反应；
真空状态下，在1000℃蒸去以上反应生成KF、AlF3和Zn；
保持真空状态，将产物焖炉冷却10个小时，冷却速率为1℃/min，得到海绵钛59.4克；产物中含钛量为70.7%，还原率为87.5%。
实施例4：真空条件下，将40克铝和160克锌混合，再与240克的氟钛酸钾在800℃下进行反应；
真空状态下，在1000℃蒸去以上反应生成的KF、AlF3和Zn；
保持真空状态，将产物焖炉冷却10个小时，冷却速率为1℃/min，得到海绵钛48.39克；产物中含钛量为97%，还原率为97.8%。
实施例5：真空条件下，将44克铝和176克锌混合，再与240克的氟钛酸钾在800℃下进行反应；
真空状态下，在1000℃蒸去以上反应生成KF、AlF3和Zn; 
保持真空状态，将产物焖炉冷却10个小时，冷却速率为1℃/min，得到海绵钛48.29克；产物中含钛量为98.6%，还原率为99.2%。
表1：蒸馏试验数据
Figure 569866DEST_PATH_IMAGE001
还原率（%）=（实得海绵钛产物×产物含Ti量）/理论Ti量
方案2：氟钛酸钾用铝-镁热还原方法制备海绵钛：
  所涉及到的方程式：               
3K2TiF6+4Al=3Ti+6KF+4AlF3
K2TiF6+2Mg=Ti+2MgF2+2KF
实施例6：真空通氩气的条件下，将36克铝和21.5克镁混合，再与240克的氟钛酸钾在750℃下进行反应； 
真空状态下，在1100℃蒸去以上反应生成KF、AlF3、MgF2、Mg；
保持真空状态，将产物焖炉冷却10个小时，冷却速率为1℃/min，得到海绵钛48.93克；产物中含钛量为87.5%，还原率为89.2%。
实施例7：真空通氩气的条件下，将36克铝和14.5克镁混合，再与240克的氟钛酸钾在750℃下进行反应； 
真空状态下，在1100℃蒸去以上反应生成KF、AlF3、MgF2、Mg；
保持真空状态，将产物焖炉冷却10个小时，冷却速率为1℃/min，得到海绵钛47.79克；产物中含钛量为92.5%，还原率为92.1%。
实施例8：真空通氩气的条件下，将36克铝和7克镁混合，再与240克氟钛酸钾在750℃下进行反应； 
真空状态下，在1100℃蒸去以上反应生成的KF、AlF3、MgF2、Mg；
保持真空状态，将产物焖炉冷却10个小时，冷却速率为1℃/min，得到海绵钛47.56克；产物中含钛量为99.2%，还原率为98.3%。
实施例9：真空通氩气的条件下，将36克铝和3.5克镁混合，再与240克的氟钛酸钾在750℃下进行反应； 
真空状态下，在1100℃蒸去以上反应生成KF、AlF3、MgF2、Mg；
保持真空状态，将产物焖炉冷却10个小时，冷却速率为1℃/min，得到海绵钛50.67克；产物中含钛量为91.6%，还原率为96.7%。
表2：蒸馏试验数据
Figure 300056DEST_PATH_IMAGE002
方案3：以锌为基体，氟钛酸钾用铝-镁热还原制备方法
所涉及到的化学方程式：
3K2TiF6+4Al=3Ti+6KF+4AlF3
K2TiF6+2Mg=Ti+2MgF2+2KF
实施例10：真空通氩气的条件下，将36克铝、36克镁，以及144克锌混合，再与240克氟钛酸钾在800℃下进行反应；
真空状态下，在1100℃蒸去以上反应生成KF、AlF3、MgF2、Mg与Zn；
保持真空状态，将产物焖炉冷却10个小时，冷却速率为1℃/min，得到海绵钛45.12克；产物中含钛量为96.5%，还原率为90.7%。
实施例11：真空通氩气的条件下，将36克铝、18克镁，以及144克锌混合，再与240克氟钛酸钾在800℃下进行反应；
真空状态下，在1100℃蒸去以上反应生成KF、AlF3、MgF2、Mg与Zn；        保持真空状态，将产物焖炉冷却10个小时，冷却速率为1℃/min，得到海绵钛45.45克；产物中含钛量为98%，还原率为92.8%。
实施例12：真空通氩气的条件下，将36克铝、9克镁，以及144克锌混合，再与240克氟钛酸钾在800℃下进行反应；
真空状态下，在1100℃蒸去以上反应生成KF、AlF3、MgF2、Mg与Zn；    保持真空状态，将产物焖炉冷却10个小时，冷却速率为1℃/min，得到海绵钛47.9克；产物中含钛量为99.5%，还原率为99.3%。
实施例13：真空通氩气的条件下，将36克铝、2克镁，以及144克锌混合，再与240克氟钛酸钾在800℃下进行反应；
真空状态下，在1100℃蒸去以上反应生成KF、AlF3、MgF2、Mg与Zn；
保持真空状态，将产物焖炉冷却10个小时，冷却速率为1℃/min，得到海绵钛48.29克；产物中含钛量为98.9%，还原率为99.5%。
表3：蒸馏试验数据
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 (1)

1.一种氟钛酸钾铝热还原法制备海绵钛的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
反应步骤：在真空通氩气的条件下，将铝、镁混合，再与氟钛酸钾进行反应； 
蒸馏步骤：在真空状态下，蒸馏去除反应生成的KF、AlF3、MgF2、Mg；
冷却步骤：焖炉冷却后得到海绵钛；
其中，铝与镁的质量比为1:1-1:10，所述反应步骤中反应温度为750℃，所述蒸馏步骤中蒸馏温度为1100℃，所述冷却步骤中冷却的时间为10小时，所述冷却步骤中冷却速率为1℃/min。
 2. 一种氟钛酸钾铝热还原法制备海绵钛的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
反应步骤：在真空通氩气的条件下，将铝、镁和锌混合，再与氟钛酸钾进行反应；
蒸馏步骤：在真空状态下，蒸去反应生成的KF、AlF3、MgF2、Mg与Zn；
冷却步骤：焖炉冷却后得到海绵钛；
其中，铝锌镁的质量比为2:8:0.1-1:4:1，所述反应步骤中反应温度为800℃，所述蒸馏步骤中蒸馏温度为1100℃，所述冷却步骤中冷却的时间为10小时，所述冷却步骤中冷却速率为1℃/min。
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