RU2043873C1

RU2043873C1 - Titanium powder production method

Info

Publication number: RU2043873C1
Application number: RU93029101A
Authority: RU
Inventors: С.В. Александровский
Original assignee: Санкт-Петербургский государственный горный институт им.Г.В.Плеханова
Priority date: 1993-06-08
Filing date: 1993-06-08
Publication date: 1995-09-20

Abstract

FIELD: powder metallurgy. SUBSTANCE: fusion cake of titanium lowermost chlorides and alkaline metals chlorides is loaded in reactor, heated up to 750 800 C and metal sodium is fed on stationary surface of smelt. After feeding of 10 15 sodium from stoichiometric amount smelt is stirred with speed of 30-60 turns per hour. Zone of stirring is located on level of initial smelt with height of the zone equal to 10 20 of height of smelt. EFFECT: increased efficiency. 1 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии редких и переходных металлов, в частности к металлургии титана. The invention relates to the metallurgy of rare and transition metals, in particular to the metallurgy of titanium.

Известны способы получения титановых порошков при использовании в качестве восстановителя металлического натрия (Александровский С. В Натриетермия титана и переходных металлов. ЦНИИЭ и М. М. 1991, вып. 1; Устинов В. С. и др. Порошковая металлургия титана. М. Металлургия, 1973, с. 11-13). Known methods for producing titanium powders when using sodium metal as a reducing agent (Aleksandrovsky S. V. Natrithermy of titanium and transition metals. TsNIIE and M. M. 1991, issue 1; Ustinov V. S. and others. Powder metallurgy of titanium. M. Metallurgy , 1973, p. 11-13).

Согласно прототипу процесс осуществляют путем подачи очищенного от примесей жидкого натрия на поверхность агитируемого лопастной мешалкой со скоростью 30 об/мин титансодержащего расплава. According to the prototype, the process is carried out by supplying liquid sodium purified from impurities to the surface of a titanium-containing melt agitated by a paddle mixer at a speed of 30 rpm.

Недостатком способа является то, что в конечном продукте содержится повышенное количество примесей, что приводит к снижению технологических характеристик продукта. The disadvantage of this method is that the final product contains an increased amount of impurities, which leads to a decrease in the technological characteristics of the product.

Цель предлагаемого способа заключается в улучшении качества металла. The purpose of the proposed method is to improve the quality of the metal.

Это достигается тем, что после подачи на поверхность расплавленных хлоридов титана 10-15% металлического натрия от стехиометрического количества осуществляют перемешивание расплава со скоростью 30-60 об./ч, зону перемешивания располагают на уровне исходного расплава и при этом высота зоны перемешивания составляет 10-20% от высоты расплава исходных хлоридов. This is achieved by the fact that after feeding 10-15% metal sodium of stoichiometric amount of molten titanium chlorides from the stoichiometric amount, the melt is mixed at a speed of 30-60 rpm, the mixing zone is placed at the level of the initial melt and the height of the mixing zone is 10- 20% of the melt height of the starting chlorides.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. В реактор загружают плав низших хлоридов титана и хлоридов щелочных металлов, нагревают до 750-800^оС и на неподвижную поверхность с небольшой скоростью подают 5-15% натрия от необходимого для полного восстановления их. На этой стадии образуются первичные центры в виде мелких кристаллов, которые обладают активной и большой удельной поверхностью. Дисперсные частицы титана играют роль геттера и вследствие этого происходит очистка расплава от примесей. Загрязненный титан концентрируется в периферийных зонах. При последующей подаче натрия при восстановлении очищенного титансодержащего хлоридного расплава начинается образование крупных кристаллов, которые спекаются совместно с первыми порциями с ранее образовавшимся дисперсным титаном в плотную массу, которая в виде сплошного слоя располагается на уровне исходного расплава и перекрывает поперечное сечение реактора.The essence of the proposed method is as follows. The reactor was charged with melted lower titanium chlorides and chlorides of alkali metals, heated to 750-800 ^C and at a fixed surface at a low speed is supplied from 5-15% of sodium needed for complete recovery. At this stage, primary centers are formed in the form of small crystals, which have an active and large specific surface. Dispersed titanium particles play the role of getter and, as a result, the melt is purified from impurities. Contaminated titanium is concentrated in peripheral zones. With the subsequent supply of sodium during the reduction of the purified titanium-containing chloride melt, the formation of large crystals begins, which are sintered together with the first portions of the previously formed dispersed titanium into a dense mass, which in the form of a continuous layer is located at the level of the initial melt and overlaps the reactor cross section.

Это обстоятельство приводит к затруднению проникновения натрия в зону реакции и процесс восстановления затормаживается. С целью продолжения протекания восстановительного процесса после подачи 10-15% натрия осуществляют медленное перемешивание расплава. Зона перемешивания располагается на уровне исходного расплава, где образуется плотная корка спекшегося титана. В результате этого плотный слой спекшегося титана не образуется и натрий поступает к низшим хлоридам и восстанавливает их до титана. При этом медленное и регулируемое перемешивание расплава способствует образованию порошкообразного титана заданного грансостава, а предварительная очистка расплава от примесей на первой стадии в конечном итоге обеспечивает получение чистых порошков во всем объеме реакционного пространства. This circumstance leads to difficulty in the penetration of sodium into the reaction zone and the recovery process is inhibited. In order to continue the recovery process after feeding 10-15% sodium, the melt is slowly mixed. The mixing zone is located at the level of the initial melt, where a dense crust of sintered titanium is formed. As a result of this, a dense layer of sintered titanium does not form and sodium enters the lower chlorides and reduces them to titanium. In this case, slow and controlled mixing of the melt promotes the formation of powdered titanium of a given grain size, and preliminary purification of the melt from impurities in the first stage ultimately ensures the production of pure powders in the entire reaction space.

Выбор параметров процесса обусловлен следующим: В случае подачи металлического натрия менее 10% на начальном этапе без перемешивания еще не образуется плотный слой металлического титана, степень очистки плава еще невысока. При увеличении количества поданного натрия, выше 15% плотный слой спекшегося титана перекрывает сечение реактора, процесс восстановления затормаживается, кроме того, начинается рост крупных кристаллов, непригодных для металлокерамики. The choice of process parameters is due to the following: In the case of supplying sodium metal less than 10% at the initial stage without mixing, a dense layer of titanium metal is not yet formed, the degree of purification of the melt is still low. With an increase in the amount of sodium supplied, above 15%, a dense layer of sintered titanium overlaps the reactor cross section, the reduction process is inhibited, and in addition, the growth of large crystals unsuitable for cermet begins.

Перемешивание продуктов реакции после подачи первоначальной порции натрия на высоте менее 10% от таковой исходного расплава не обеспечивает разрушения плотного слоя спекшегося титана, скорость восстановления при этом замедляется, выход порошков снижается. Увеличение высоты зоны перемешивания более 20% ухудшает качество образующихся порошков. Stirring the reaction products after feeding the initial portion of sodium at a height of less than 10% of that of the initial melt does not ensure the destruction of the dense layer of sintered titanium, the recovery rate slows down, and the yield of powders decreases. An increase in the height of the mixing zone of more than 20% affects the quality of the resulting powders.

Перемешивание расплава со скоростью менее 30 оборотов в час может привести к перекрытию сечения реактора плотным слоем спекшегося титана, замедлению процесса восстановления и увеличению выхода непорошковых фракций. Увеличение скорости перемешивания выше 60 об/ч будет способствовать образованию дисперсных порошков и ухудшению качества их. Mixing the melt at a speed of less than 30 revolutions per hour can lead to overlapping of the reactor cross section with a dense layer of sintered titanium, slowing down the recovery process and increasing the yield of non-powder fractions. An increase in the mixing speed above 60 rpm will contribute to the formation of dispersed powders and their deterioration.

П р и м е р. Экспериментальная установка состояла из шахтной электропечи, герметичного реактора и стакана, а также системы подачи натрия и перемешивающего устройства. Расплав, содержащий хлориды титана, натрия и калия, загружали в стакан и монтировали аппарат восстановления. Далее осуществляли разогрев в атмосфере аргона до 750-800^оС и подавали металлический натрий в количестве 10-15% от стехиометрии со скоростью около 1 г/мин˙см² на поверхность неподвижного расплава. После этого включали перемешивающее устройство, располагающееся на уровне исходного расплава, скорость вращения 30-60 об/ч и продолжали подачу натрия до необходимого количества. По окончании процесса приподнимали мешалку, производили выдержку продуктов восстановления, аппарат охлаждали и демонтировали. Полученную реакционную массу измельчали и выщелачивали. Титановые порошки после сушки анализировали на содержание примесей. Основные результаты экспериментов приведены в таблице.PRI me R. The experimental setup consisted of a shaft electric furnace, a sealed reactor, and a beaker, as well as a sodium supply system and a mixing device. The melt containing titanium, sodium and potassium chlorides was loaded into a glass and the recovery apparatus was mounted. Then, heating was carried out in an argon atmosphere to 750-800 ^о С and metal sodium was supplied in the amount of 10-15% of stoichiometry with a speed of about 1 g / min · cm ² to the surface of the stationary melt. After that, a mixing device was switched on, which was located at the level of the initial melt, the rotation speed was 30-60 r / h, and the supply of sodium continued to the required amount. At the end of the process, the stirrer was raised, the recovery products were aged, the apparatus was cooled and dismantled. The resulting reaction mass was crushed and leached. Titanium powders after drying were analyzed for impurities. The main results of the experiments are given in the table.

Полученные данные свидетельствуют о том, что реализация предлагаемого способа позволяет уменьшить содержание примесей в титановых порошках. Это достигается за счет очистки расплава от примесей и регулирования режима процесса восстановления. The data obtained indicate that the implementation of the proposed method allows to reduce the content of impurities in titanium powders. This is achieved by cleaning the melt from impurities and regulating the recovery process.

Claims

METHOD FOR PRODUCING TITANIUM POWDER by feeding metallic sodium to the surface of a melt containing titanium chlorides and alkali metal chlorides, characterized in that after feeding 10 15% of the sodium from the stoichiometric amount, the melt is mixed at a speed of 30 to 60 rpm, while the mixing is carried out at a level the initial melt at a height of the mixing zone of 10 20% of the height of the melt.