CN103193231A - 制备碳化钛或碳氮化钛的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备更加纯净的碳化钛或碳氮化钛的方法，属于化工领域。该方法包括如下步骤：a、将钛白粉与含碳原料磨细并混合均匀；b、将步骤a磨细并混合均匀后的混合料与结合剂配料并混合均匀，然后通过成球机成球；c、将步骤b成球后的球状物料送入碳化炉进行碳化处理，通过控制碳化气氛得到碳化钛或碳氮化钛粗品；d、将碳化钛或碳氮化钛粗品磨细，然后除杂，得到碳化钛或碳氮化钛产品。本发明方法充分利用了现有钛白粉资源，提高产品碳化钛或碳氮化钛的纯度，提高钛白粉的附加值，容易形成规模生产，产业化前景较好。

Description

制备碳化钛或碳氮化钛的方法
技术领域
本发明属于化工领域，具体涉及一种制备碳化钛或碳氮化钛的方法。
背景技术
碳化钛是一种具有金属光泽的钢灰色晶体，晶体结构属于典型的NaCl结构，晶格常数a=0.4320nm。20℃时碳化钛密度为4.91g/cm3，熔点为3150士10℃，沸点为4300℃，莫氏硬度9.5，硬度仅次于金刚石。碳化钛具有良好的传热性能和导电性能，随着温度的升高，其导电性能降低，这说明碳化钛具有金属的性质。碳化钛还具有优良的抗氧化性、化学稳定性和热稳定性，可广泛应用于电子、化学和微电子工业。
碳氮化钛是由碳化钛和氮化钛连续固溶而形成的单一化合物，碳氮化钛的晶体结构同碳化钛类似，碳化钛中部分C原子被N原子取代。碳氮化钛的晶格常数介于碳化钛和氮化钛之间，随着C含量减小，晶格常数相应减小。碳化钛中的C原子可以被N原子以任意的比例替代，形成连续的固溶体Ti（C1-xNx），(0＜x﹤l)，性能随着x的改变而改变，随着x值的增大，材料的硬度降低韧性提高。碳氮化钛作为碳化钛和氮化钛的连续固溶体，是一种性能优良的非氧化物陶瓷材料，由于具有熔点高、硬度大、耐腐蚀和抗氧化性好的特点，在机械化工、汽车制造和航空航天等许多领域得到了广泛的应用。碳氮化钛基硬质合金刀具强度高、硬度大、抗氧化性能好、热传导性能也较好，因此采用碳氮化钛基硬质合金刀具，其耐磨性，被加工工件的尺寸精度和表面质量都优于用WC或TiC基硬质合金刀具所加工的工件。
碳化钛的制备方法有：金属钛粉或TiH2直接碳化法、自蔓延高温合成法、化学气相沉积法、微波碳热还原法、熔融金属浴中合成法、机械合金化法、机械诱发自蔓延反应法。碳氮化钛的制备方法有：碳化钛和氮化钛的高温扩散、高温氮化法、自蔓延高温合成法、氨解法、机械合金化法。
以上制备碳化钛和碳氮化钛的方法，有的生产方法具有生产成本高、产品产量低和产品纯度低的缺点，实现工业规模化生产存在一定的难度。因此，开发出适宜的制备的碳化钛和碳氮化钛的方法，对于降低生产成本，扩大碳化钛和碳氮化钛的应用领域具有重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种制备更加纯净的碳化钛或碳氮化钛的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：制备碳化钛或碳氮化钛的方法，包括如下步骤：
a、将钛白粉与含碳原料磨细并混合均匀；
b、将步骤a磨细并混合均匀后的混合料与结合剂配料并混合均匀，然后通过成球机成球；
c、将步骤b成球后的球状物料送入碳化炉进行碳化处理，通过控制碳化气氛得到碳化钛或碳氮化钛粗品；
d、将碳化钛或碳氮化钛粗品磨细，然后除杂，得到碳化钛或碳氮化钛产品。
其中，上述方法步骤d中，将碳化钛或碳氮化钛粗品磨细至－200目，然后通过浮选方法除去碳化钛或碳氮化钛粗品中的残碳，即得到碳化钛或碳氮化钛产品。
其中，上述方法步骤b中，结合剂的配入量为步骤a磨细并混合均匀后的混合料与结合剂总重量的2～6％，所述结合剂为液体酚醛树脂和／或羧甲基纤维素。
进一步的，上述方法步骤b中，所述结合剂为液体酚醛树脂和羧甲基纤维素，按重量计配比为：液体酚醛树脂︰羧甲基纤维素＝6～7︰3～4。
其中，上述方法步骤c中，碳化处理温度控制在1400～1600℃,碳化处理时间控制在3～8h；控制碳化气氛为惰性气氛或还原气氛时得到碳化钛粗品，控制碳化气氛为氮气气氛时得到碳氮化钛粗品。
其中，上述方法步骤b中，所述成球机为对辊式成球机，成球粒度控制在10～20mm。
其中，上述方法步骤a中，所述钛白粉为锐钛型钛白粉，TiO2含量＞98％。
其中，上述方法步骤a中，所述含碳原料为石油焦或炭黑，C含量＞98％。
其中，上述方法步骤a中，钛白粉与含碳原料的摩尔比为1︰1～3，磨细后的粒度为－200目。
本发明的有益效果是：本发明以钛白粉为原料，通过混合、成球、碳化得到碳化钛或碳氮化钛粗品，再通过磨细处理、除杂即可得到更加纯净的碳化钛或碳氮化钛。本发明的优选措施，如混合方式、原料和结合剂的选择、成球粒度等能够为碳化反应创造良好的条件；本发明采用－200目浮选的方式除杂，能够有效的除去杂质，并且避免碳化钛的损失；本发明优选措施的综合作用，不仅能够提高碳化钛或碳氮化钛的纯度（纯度达到95%以上），并且钛的回收率高达90%以上。本发明方法充分利用了现有钛白粉资源，提高钛白粉的附加值，容易形成规模生产，产业化前景较好。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明的制备碳化钛或碳氮化钛的方法，主要分如下几个步骤：
1、原料混合与磨细
将钛白粉与含碳原料按配比准确称量，喂入球磨机中进行充分混合并磨细。优选所述钛白粉为锐钛型钛白粉，TiO2含量＞98％。优选所述含碳原料为石油焦或炭黑，C含量＞98％。优选钛白粉与含碳原料的摩尔比为1︰1～3，磨细后的粒度为－200目。优选的措施更有利于步骤3的碳化处理。
2、成球
将混合均匀的物料与结合按配比准确称量，倒入强制搅拌机中充分混合，再喂入对辊式成球机成球，使球团具有一定的强度和粒度均匀性，为碳化反应创造有利条件。优选成球粒度控制在10～20mm。优选结合剂的配入量为上步骤的混合料与结合剂总重量的2～6％。优选结合剂为液体酚醛树脂和羧甲基纤维素，按重量计配比为：液体酚醛树脂︰羧甲基纤维素＝6～7︰3～4，能够在保证强度的条件下，减少液体酚醛树脂的使用量，减少杂质的带入量。优选的措施同样更有利于步骤3的碳化处理。
3、碳化
将球团装入自制耐火罐中，送入隧道式碳化炉中进行碳化处理，经过预热带、反应带、冷却带完成碳化反应。通过控制碳化炉的气氛，可以得碳化钛或碳氮化钛。碳化处理温度控制在1400～1600℃,碳化处理时间控制在3～8h；控制碳化气氛为惰性气氛或还原气氛时得到碳化钛粗品，控制碳化气氛为氮气气氛时得到碳氮化钛粗品。
4、除杂
碳化后的球团自然冷却后，经球磨机或雷蒙磨细磨（优选－200目），再进行浮选除杂，得到较为纯净的碳化钛或碳氮化钛。
下面通过实施例对本发明的方法作进一步的说明，但并不因此将本发明的保护范围限制在实施例之中。
实施例一
先将钛白粉与含碳原料按摩尔比1︰1.5进行配料，钛白粉选用锐钛型钛白粉，钛白粉的纯度TiO2=99%，含碳原料选择炭黑，C含量98.5%；再将配合好的原料喂入球磨机进行充分的混合并磨细，粒度控制为－200目。
将磨细后混合原料与结合剂按3%进行配料，结合剂为液体酚醛树脂和羧甲基纤维素，按重量计配比为：液体酚醛树脂︰羧甲基纤维素＝6︰4，先加羧甲基纤维素，再加液体酚醛树脂，在混合机内混合均匀，混合机可选择强制混合机；然后通过对辊式成球机成球，成球粒度控制在10mm。
成球后的球入碳化炉进行碳化处理，碳化处理温度控制在1500℃℃,碳化处理时间控制在8h；控制碳化气氛为惰性气氛，得到碳化钛粗品。
将碳化钛粗品入磨机细磨，磨机可以选择雷蒙磨，粒度控制为－200目；通过浮选方法除去碳化钛粗品中的残碳，得到较为纯净的碳化钛产品，碳化钛纯度为96%，钛的回收率达到92%。
实施例二
先将钛白粉与含碳原料按摩尔比1︰2进行配料，钛白粉选用锐钛型钛白粉，钛白粉的纯度TiO2=99%，含碳原料选择炭黑，C含量99%；再将配合好的原料喂入球磨机进行充分的混合并磨细，粒度－200目。
将磨细后混合原料与结合剂按4%进行配料，结合剂为液体酚醛树脂和羧甲基纤维素，按重量计配比为：液体酚醛树脂︰羧甲基纤维素＝7︰3，先加羧甲基纤维素，再加液体酚醛树脂，在混合机内混合均匀，混合机选择强制混合机；然后通过对辊式成球机成球，成球粒度控制在12mm。
成球后的球入碳化炉进行碳化处理，碳化处理温度控制在1550℃,碳化处理时间控制在6h；控制碳化气氛为氮气气氛，得到碳氮化钛粗品。
将碳氮化钛粗品入磨机细磨，磨机选择雷蒙磨，粒度控制在325目左右；通过浮选方法除去碳氮化钛粗品中的残碳，得到较为纯净的碳氮化钛产品，碳氮化钛纯度为95%，钛的回收率达到91%。

Claims (9)

1.制备碳化钛或碳氮化钛的方法，其特征在于包括如下步骤：
a、将钛白粉与含碳原料磨细并混合均匀；
b、将步骤a磨细并混合均匀后的混合料与结合剂配料并混合均匀，然后通过成球机成球；
c、将步骤b成球后的球状物料送入碳化炉进行碳化处理，通过控制碳化气氛得到碳化钛或碳氮化钛粗品；
d、将碳化钛或碳氮化钛粗品磨细，然后除杂，得到碳化钛或碳氮化钛产品。
2.根据权利要求1所述的制备碳化钛或碳氮化钛的方法，其特征在于：步骤d中，将碳化钛或碳氮化钛粗品磨细至－200目，然后通过浮选方法除去碳化钛或碳氮化钛粗品中的残碳，即得到碳化钛或碳氮化钛产品。
3.根据权利要求1所述的制备碳化钛或碳氮化钛的方法，其特征在于：步骤b中，结合剂的配入量为步骤a磨细并混合均匀后的混合料与结合剂总重量的2～6％，所述结合剂为液体酚醛树脂和／或羧甲基纤维素。
4.根据权利要求3所述的制备碳化钛或碳氮化钛的方法，其特征在于：步骤b中，所述结合剂为液体酚醛树脂和羧甲基纤维素，按重量计配比为：液体酚醛树脂︰羧甲基纤维素＝6～7︰3～4。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的制备碳化钛或碳氮化钛的方法，其特征在于：步骤c中，碳化处理温度控制在1400～1600℃,碳化处理时间控制在3～8h；控制碳化气氛为惰性气氛或还原气氛时得到碳化钛粗品，控制碳化气氛为氮气气氛时得到碳氮化钛粗品。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的制备碳化钛或碳氮化钛的方法，其特征在于：步骤b中，所述成球机为对辊式成球机，成球粒度控制在10～20mm。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的制备碳化钛或碳氮化钛的方法，其特征在于：步骤a中，所述钛白粉为锐钛型钛白粉，TiO2含量＞98％。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的制备碳化钛或碳氮化钛的方法，其特征在于：步骤a中，所述含碳原料为石油焦或炭黑，C含量＞98％。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的制备碳化钛或碳氮化钛的方法，其特征在于：步骤a中，钛白粉与含碳原料的摩尔比为1︰1～3，磨细后的粒度为－200目。
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