CN107082435A

CN107082435A - 硼化钛的制备方法

Info

Publication number: CN107082435A
Application number: CN201610311257.8A
Authority: CN
Inventors: 孟庆潇; 王海林; 孟宪友
Original assignee: TAIFENG NEW CERA (DALIAN) CO Ltd
Current assignee: TAIFENG NEW CERA (DALIAN) CO Ltd
Priority date: 2016-05-11
Filing date: 2016-05-11
Publication date: 2017-08-22

Abstract

本发明提出了一种硼化钛的制备方法，包括如下步骤：一、配料；将二氧化钛粉、富硼化合物粉、碳质还原剂粉按照一定的配比进行配料，其中各成分的粒度分别为二氧化钛粉≤150μm，富硼化合物粉≤150μm，碳质还原剂粉≤100μm，碳质还原剂中的实际含碳量是理论计算所需碳量的1.0‑1.3倍，硼化物中的实际硼的含量是理论计算所需硼量的1.0‑1.5倍；二、混料；将配好的料进行混合至少1h以上；三、加热脱水；加热脱水的温度为100℃‑400℃；四、电弧炉冶炼；将脱水料加入到电弧炉中进行碳热还原冶炼生成硼化钛。该硼化钛的制备方法使硼化钛的生产快速完成，大幅度降低了硼化钛的生产周期，降低了能耗及生产成本。

Description

硼化钛的制备方法

技术领域

本发明涉及一种冶金技术领域，特别涉及一种硼化钛的制备方法。

背景技术

硼化钛(TiB₂)是一种性能优异的新型材料，具有熔点高、硬度大及耐磨等优点，在颗粒增强复合材料、复合陶瓷材料、硬质合金等方面得到了广泛的应用；同时由于具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀及抗氧化性等，在导电陶瓷材料和涂层保护等方面也受到重视。

近年来硼化钛最引人注目的用途是将其引入到传统的铝电解生产工艺中，主要是因为硼化钛具有优良的导电性，对铝工业的润湿性优于对电解液的润湿性，对冰晶石-氧化铝熔体具有很好的耐腐蚀性，对铝工业的技术改革意义巨大。现有的硼化钛生产工艺产能低、能耗高及成本高，限制了硼化钛在铝电解工业和其他工业的推广及应用，降低硼化钛的生产成本、实现大规模工业化生产时目前亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种可降低成本的硼化钛的制备方法。

一种硼化钛的制备方法，其包括如下步骤：

一、配料；

将二氧化钛粉、富硼化合物粉、碳质还原剂粉按照一定的配比进行配料，其中各成分的粒度分别为二氧化钛粉≤150μm，富硼化合物粉≤150μm，碳质还原剂粉≤100μm，碳质还原剂中的实际含碳量是理论计算所需碳量的1.0-1.3倍，硼化物中的实际硼的含量是理论计算所需硼量的1.0-1.5倍；

二、混料；

将配好的料进行混合至少1h以上；

三、加热脱水；

加热脱水的温度为100℃-400℃；

四、电弧炉冶炼；

将脱水料加入到电弧炉中进行碳热还原冶炼生成硼化钛。

优选方案为，所述富硼化合物为碳化硼与氧化硼中的至少一种；所述二氧化钛为锐钛矿型的二氧化钛、金红石型的二氧化钛、冶金级的二氧化钛及高纯二氧化钛中的一种。

优选方案为，所述碳质还原剂为石油焦粉、低灰分煤粉、焦炭粉、活性炭粉、炭黑粉、石墨粉及木炭粉中的至少一种。

优选方案为，所用的二氧化钛为锐钛矿型的二氧化钛，其纯度为99％；所用的富硼化合物为碳化硼，其纯度为98％；石墨的纯度为99％。

优选方案为，步骤一中各原料的重量百分比含量分别为二氧化钛粉为63％、碳化硼粉为22％、石墨粉为14.6％。

优选方案为，步骤二中混料的时间为2h；步骤四中电弧炉冶炼中电弧炉的矿热为63KVA，操作电压为25V，电流为1500A。

优选方案为，所用的二氧化钛为冶金级的二氧化钛，纯度为99％，氧化硼纯度为95.8％，石墨的纯度为99％。

优选方案为，步骤一中各原料的重量百分比含量分别为二氧化钛粉为27％％、氧化硼粉为51％、石墨粉为22％。

优选方案为，步骤二中混料的时间为1.5h；步骤四中电弧炉冶炼中电弧炉的矿热为100KVA，操作电压30V，电流为1500A。

优选方案为，步骤四之后还包括：步骤五、破碎及研磨；步骤六、酸洗、浮选；步骤七、洗涤烘干。

本发明的有益效果为：

本发明中的硼化钛的制备方法采用的原料来源广泛，利用电弧炉的能量集中，加热速度快，生产效率高的有点，使硼化钛的生产快速完成，大幅度降低了硼化钛的生产周期，降低了能耗及生产成本，同时，该硼化钛的制备方法还具有占地面积小、设备简单、投资少等优点，具有良好的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明硼化钛的制备方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，该硼化钛的制备方法包括如下步骤：

一、配料；

将二氧化钛粉、富硼化合物粉、碳质还原剂粉按照一定的配比进行配料，其中各成分的粒度分别为二氧化钛粉≤150μm，富硼化合物粉≤150μm，碳质还原剂粉≤100μm。结合碳在冶炼过程中的烧损，碳质还原剂中的实际含碳量是理论计算所需碳量的1.0-1.3倍，结合硼化物在冶炼过程中的损失，硼化物中的实际硼的含量是理论计算所需硼量的1.0-1.5倍。具体实施时，可采用工业纯的原料，视需求可提高各种原料的纯度，以减少铁、硅、铝、钙、镁等杂质在硼化钛中的含量，从而提高硼化钛的产品纯度。该二氧化钛可为锐钛矿型的二氧化钛、金红石型的二氧化钛、冶金级的二氧化钛及高纯二氧化钛中的一种，当二氧化钛为锐钛矿型的二氧化钛时，其纯度为99％。该富硼化合物可为碳化硼及氧化硼等富硼化合物中的至少一种，当富硼化合物为碳化硼时，其纯度为98％，游离碳为2％。该碳质还原剂可为石油焦粉、低灰分煤粉、焦炭粉、活性炭粉、炭黑粉、石墨粉及木炭粉中的至少一种，当碳质还原剂为石墨时，其纯度为99％。

二、混料；

将配好的料进行混合至少1h以上。

三、加热脱水；

加热脱水的温度为100℃-400℃。

四、电弧炉冶炼；

将脱水料加入到电弧炉中进行碳热还原冶炼生成硼化钛，随着炉底硼化钛结晶块生成量逐渐增加，电极逐渐上移，最终生成TiB2结晶块。

五、破碎及研磨；

六、酸洗、浮选；

七、洗涤烘干；

步骤五至步骤七可根据客户对粒度的要求而进行，步骤四中生成的硼化钛结晶块可直接当做产品应用；也可根据客户对粒度的要求，将其进行步骤五中的粉碎研磨以及后续的步骤七中的洗涤烘干；还可根据客户对粒度及纯度的需求，可依序先将硼化钛结晶块进行步骤五中的粉碎研磨，再进行步骤六中的酸洗除杂、浮选除碳，最后进行步骤七中的洗涤烘干。

以下列举具体实施例说明本发明的硼化钛的制备方法。

本发明第一实施例的硼化钛的制备方法，其包括如下步骤：

一、配料；

将原料二氧化钛粉、碳化硼粉、石墨粉分别放入研磨机中进行研磨，直至各自的粒度符合二氧化钛粉≤150μm，碳粉≤100μm，碳化硼粉≤100μm。所用的二氧化钛是锐钛矿型的二氧化钛，纯度为99％，碳化硼纯度为98％(其中游离碳为2％)，石墨的纯度为99％。结合石墨粉和B4C粉在冶炼过程中的烧损和损失，故将石墨粉过量5％，碳化硼粉过量0.5％。最终各原料的重量百分比含量分别为二氧化钛粉为63％、碳化硼粉为22％、石墨粉为14.6％，按照这个配比进行配料。

二、混料；

将步骤一中的配料放入球磨机中进行混合，混合时间为2h。

三、加热脱水；

将步骤二中混合好的料放入电阻炉中进行烘干脱水。

四、电弧炉冶炼；

将脱水料投入63KVA矿热电弧炉中进行冶炼，操作电压25V，电流为1500A。

将冶炼的产物取样进行XRD分析、XRF分析和化学分析。XRD检测的结果表明，所得产物的衍射峰的三强峰全部与TiB2的标准峰相符，这就肯定产物是TiB2。对产物进行XRF分析和化学分析，结果表明产物中TiB2的含量为95％，其中的主要杂质是C 1.2％，O为3.2％。

本发明第二实施例的硼化钛的制备方法，其包括如下步骤：

一、配料；

将原料二氧化钛粉、碳化硼粉、石墨粉分别放入研磨机中进行研磨，直至各自的粒度符合二氧化钛粉＜150μm，氧化硼粉＜150μm，碳粉＜100μm。所用的二氧化钛为冶金级的二氧化钛，纯度为99％，氧化硼纯度为95.8％，石墨的纯度为99％。结合石墨粉和氧化硼粉在冶炼过程中的烧损和损失，故将石墨粉过量8％，氧化硼粉过量25％。最终确定的各原料的重量百分比含量分别为二氧化钛粉为27％％、氧化硼粉为51％、石墨粉为22％，按照这个配比配料。

二、混料；

将步骤一中的配料放入球磨机中进行混合，混合时间为1.5h。

三、加热脱水；

将步骤二中混合好的料放入电阻炉中进行烘干脱水。

四、电弧炉冶炼；

将混合好的料投入100KVA矿热电弧炉中进行冶炼，操作电压30V，电流为1500A。

将冶炼的产物取样进行XRD分析、XRF分析和化学分析。XRD检测的结果表明，所得产物的衍射峰的三强峰全部与TiB2的标准峰相符，证明产物是TiB2。对产物进行XRF分析、SEM分析和化学分析，结果表明产物中TiB2的含量为96％，其中的主要杂质是C 2.6％，O为1.3％。可以看出其中的主要杂质是C，通过浮选就可除掉。这样TiB2的纯度就在98％以上。

该硼化钛的制备方法采用的原料来源广泛，利用电弧炉的能量集中，加热速度快，生产效率高的有点，使硼化钛的生产快速完成，大幅度降低了硼化钛的生产周期，降低了能耗及生产成本，同时，该硼化钛的制备方法还具有占地面积小、设备简单、投资少等优点，具有良好的应用前景。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种硼化钛的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

一、配料；

二、混料；

将配好的料进行混合至少1h以上；

三、加热脱水；

加热脱水的温度为100℃-400℃；

四、电弧炉冶炼；

将脱水料加入到电弧炉中进行碳热还原冶炼生成硼化钛。

2.如权利要求1所述的硼化钛的制备方法，其特征在于：所述富硼化合物为碳化硼与氧化硼中的至少一种；所述二氧化钛为锐钛矿型的二氧化钛、金红石型的二氧化钛、冶金级的二氧化钛及高纯二氧化钛中的一种。

3.如权利要求1所述的硼化钛的制备方法，其特征在于：所述碳质还原剂为石油焦粉、低灰分煤粉、焦炭粉、活性炭粉、炭黑粉、石墨粉及木炭粉中的至少一种。

4.如权利要求1所述的硼化钛的制备方法，其特征在于：所用的二氧化钛为锐钛矿型的二氧化钛，其纯度为99％；所用的富硼化合物为碳化硼，其纯度为98％；石墨的纯度为99％。

5.如权利要求4所述的硼化钛的制备方法，其特征在于：步骤一中各原料的重量百分比含量分别为二氧化钛粉为63％、碳化硼粉为22％、石墨粉为14.6％。

6.如权利要求5所述的硼化钛的制备方法，其特征在于：步骤二中混料的时间为2h；步骤四中电弧炉冶炼中电弧炉的矿热为63KVA，操作电压为25V，电流为1500A。

7.如权利要求1所述的硼化钛的制备方法，其特征在于：所用的二氧化钛为冶金级的二氧化钛，纯度为99％，氧化硼纯度为95.8％，石墨的纯度为99％。

8.如权利要求7所述的硼化钛的制备方法，其特征在于：步骤一中各原料的重量百分比含量分别为二氧化钛粉为27％％、氧化硼粉为51％、石墨粉为22％。

9.如权利要求8所述的硼化钛的制备方法，其特征在于：步骤二中混料的时间为1.5h；步骤四中电弧炉冶炼中电弧炉的矿热为100KVA，操作电压30V，电流为1500A。

10.如权利要求1至9任何一项所述的硼化钛的制备方法，其特征在于：步骤四之后还包括：步骤五、破碎及研磨；步骤六、酸洗、浮选；步骤七、洗涤烘干。