CN109306411A - 制备含钒海绵钛的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钛冶金领域，具体涉及一种制备含钒海绵钛的方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种制备含钒海绵钛的方法，包括以下步骤：将未经铝除钒的高钒含量的TiCl4经蒸馏、精炼除杂后，直接通入金属镁熔融体系中，在惰性气体保护下，通过碱金属还原和真空蒸馏过程，制得含钒海绵钛，可作为制备含钒钛合金的原料。本发明方法可直接回收TiCl4中高价钒元素，简化TiCl4生产过程中精制工艺流程，为含钒钛合金提供专用原料，对钛合金发展具有重要现实意义。

Description

制备含钒海绵钛的方法
技术领域
本发明属于钛冶金领域，具体涉及一种制备含钒海绵钛的方法。
背景技术
钛是轻质、高强、耐蚀、无毒的金属。工业纯钛不能热处理强化，其强度低而塑性好，主要用作耐蚀结构材料。钛合金由于合金元素的作用，而呈现多样化的特性，往往具有比纯钛更高的强度、耐热性和耐蚀性，在航空、航天、舰船、核能、军工等高科技领域，具有更广泛的用途。含钒钛合金由于钒的加入，既能提高钛合金强度又能改善性能。如用途最广的TC4钛合金，其中含有6％的Al和4％的V，可广泛应用于飞机结构中各种梁、隔框、滑轨、航空发动机的风扇等。钛及钛合金是由海绵钛加合金元素熔铸成钛锭，再经锻造、轧制、挤压等加工方法加工成材。含钒钛合金一般采用海绵钛和钒铝合金为原料，通过制备高纯的海绵钛、钒铝合金、适当添加铝豆，经过铸锭、加工成各种型材。
实际在海绵钛制备过程中，其原料TiCl4经过氯化技术制备，传统工艺均采用92％以上钛渣氯化制得粗TiCl4，粗TiCl4采用精制除钒技术制得精TiCl4，通过镁热法蒸制得纯的海绵钛。后期在制备含钒钛合金时，确需要额外添加价值较贵的钒。同时后期在熔铸制锭过程中，钒元素容易形成偏析，Al元素容易挥发导致合金成分难以控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种制备含钒海绵钛的方法。该方法包括以下步骤：含钒TiCl4先经蒸馏、精馏处理，再碱金属还原、真空蒸馏，制得含钒海绵钛。
具体的，上述制备含钒海绵钛的方法中，所述含钒TiCl4为含钒高炉渣经过高温碳化-低温氯化后的含钒TiCl4；或者含钒钛渣经过熔盐氯化或沸腾氯化后的TiCl4。
进一步的，上述制备含钒海绵钛的方法中，所述含钒高炉渣经过高温碳化-低温氯化后的含钒TiCl4中VOCl3含量在0.4％以上。
具体的，上述制备含钒海绵钛的方法中，所述蒸馏按照常规TiCl4精制工艺中蒸馏进行。
具体的，上述制备含钒海绵钛的方法中，所述精馏按照常规TiCl4精制工艺中精馏进行。
具体的，上述制备含钒海绵钛的方法中，所述碱金属还原按照常规海绵钛制备工艺进行。
具体的，上述制备含钒海绵钛的方法中，所述真空蒸馏按照常规海绵钛制备工艺进行。
本发明方法不用像常规工艺那样先除钒，然后在制备钒钛合金过程中又添加钒；而是直接以高含钒粗TiCl4为原料，不经过除钒，只经过蒸馏、精馏，再采用现有的镁热还原方法制备含钒的海绵钛，再以此专门作为制备含钒钛合金的原料，具有更加简单的优点，同时也节约了成本、时间。本发明方法能够直接回收TiCl4中高价钒元素，简化TiCl4生产过程中精制工艺流程，为含钒钛合金提供专用原料，对钛合金发展具有重要现实意义。
具体实施方式
本发明含钒海绵钛的制备方法，包括以下步骤：
(1)以攀西高炉渣经过高温碳化-低温氯化后的高含钒粗TiCl4(VOCl3含量达到0.4％)，或者高含钒的钛渣经过熔盐氯化或者沸腾氯化后的粗TiCl4为原料；
(2)上述原料不需要经过化学除钒处理，只需要按照常规TiCl4精制工艺中蒸馏除高沸点杂质、精馏除低沸点杂质；
(3)除杂后的高含钒TiCl4通入液态碱金属中经过还原形成含钒海绵钛坨，真空蒸馏除掉氯化物杂质，制得含钒的海绵钛。
上述制备得到的含钒的海绵钛可作为钒钛合金的原料，然后按照含钒钛合金的元素含量要求，额外配加一定量的钒元素和其它金属，通过传统的熔铸形成含钒钛合金锭，再经过锻造、轧制、挤压等加工方法加工成钛合金材。
本发明方法中，蒸馏除高沸点杂质、精馏除低沸点杂质、液态碱金属还原、真空蒸馏操作均为常规技术。
实施例1
将攀西高炉渣经过高温碳化-低温氯化后的高含钒粗TiCl4(VOCl3含量达到0.4％)，经过蒸馏塔除掉FeCl3、AlCl3等高沸点，再经过精馏塔除掉SiCl4等低沸点杂质得到含钒TiCl4，按照4:1的比例加入装有用氩气保护的液镁反应器中，按照镁热还原法制备海绵钛的工艺条件控制温度为800℃，时间为2h；再经过真空蒸馏，控制温度为1000℃，真空度达到4Pa以下，时间持续到压力维持在4Pa以下10h，即制得了含钒海绵钛，该含钒海绵钛配加一定量的钒元素和其它金属，通过传统的熔铸形成含钒钛合金锭，再经过轧制加工成钛合金。
实施例2
将高含钒的钛渣经过熔盐氯化制得粗TiCl4(VOCl3含量达到0.3％)，经过蒸馏塔除掉FeCl3、AlCl3等高沸点，再经过精馏塔除掉SiCl4等低沸点杂质得到含钒TiCl4，按照4:1的比例加入装有用氩气保护的液镁反应器中，按照镁热还原法制备海绵钛的工艺条件控制温度为800℃，时间为2h；再经过真空蒸馏，控制温度为1000℃，真空度达到4Pa以下，时间持续到压力维持在4Pa以下10h，即制得了含钒海绵钛，该含钒海绵钛配加一定量的钒元素和其它金属，通过传统的熔铸形成含钒钛合金锭，再经过轧制加工成钛合金。

Claims (7)

1.制备含钒海绵钛的方法，其特征在于：包括以下步骤：含钒TiCl4先经蒸馏、精馏，再碱金属还原、真空蒸馏，制得含钒海绵钛。
2.根据权利要求1所述的制备含钒海绵钛的方法，其特征在于：所述含钒TiCl4为含钒高炉渣经过高温碳化-低温氯化后的含钒TiCl4；或者含钒钛渣经过熔盐氯化或沸腾氯化后的TiCl4。
3.根据权利要求2所述的制备含钒海绵钛的方法，其特征在于：所述含钒高炉渣经过高温碳化-低温氯化后的含钒TiCl4中VOCl3含量在0.4％以上。
4.根据权利要求1所述的制备含钒海绵钛的方法，其特征在于：所述蒸馏按照常规TiCl4精制工艺中蒸馏进行。
5.根据权利要求1所述的制备含钒海绵钛的方法，其特征在于：所述精馏按照常规TiCl4精制工艺中精馏进行。
6.根据权利要求1所述的制备含钒海绵钛的方法，其特征在于：所述碱金属还原按照常规海绵钛制备工艺进行。
7.根据权利要求1所述的制备含钒海绵钛的方法，其特征在于：所述真空蒸馏按照常规海绵钛制备工艺进行。
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