RU2385837C2 - Method of producing titanium hydride and device for realising said method - Google Patents

Method of producing titanium hydride and device for realising said method Download PDF

Info

Publication number
RU2385837C2
RU2385837C2 RU2008107172/15A RU2008107172A RU2385837C2 RU 2385837 C2 RU2385837 C2 RU 2385837C2 RU 2008107172/15 A RU2008107172/15 A RU 2008107172/15A RU 2008107172 A RU2008107172 A RU 2008107172A RU 2385837 C2 RU2385837 C2 RU 2385837C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydrogen
reactor
titanium
valve
pressure
Prior art date
Application number
RU2008107172/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008107172A (en
Inventor
Виктор Иванович Ратников (RU)
Виктор Иванович Ратников
Валентина Константиновна Прокудина (RU)
Валентина Константиновна Прокудина
Инна Петровна Боровинская (RU)
Инна Петровна Боровинская
Александр Григорьевич Мержанов (RU)
Александр Григорьевич Мержанов
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН
Priority to RU2008107172/15A priority Critical patent/RU2385837C2/en
Publication of RU2008107172A publication Critical patent/RU2008107172A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2385837C2 publication Critical patent/RU2385837C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention can be used in production of titanium hydride used in nuclear power engineering, in chemical and other industries. The method of producing titanium hydride involves reacting spongy titanium with hydrogen inside a sealed water-cooled reactor under hydrogen pressure in combustion mode through local initiation of the combustion process with subsequent self-propagating high-temperature synthesis, cooling of the synthesis product and its extraction. Hydrogen is fed into the reactor from the top through a valve fitted on a pipe running to the cover of the reactor. The initiation process is carried out at initial hydrogen pressure less than 0.5 MPa. The self-propagating high-temperature synthesis process is carried out at constant hydrogen pressure less than 0.3 MPa using a flame or a closed hydrogen cooling system. Spongy titanium screenings of the -4+2 mm fraction are used to initiate the combustion process. A device for producing titanium hydride is proposed.
EFFECT: invention simplifies the method and design of the device for producing titanium hydride, increases efficiency and quality of the obtained product.
3 cl, 1 dwg, 1 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к области неорганической химии и порошковой металлургии, а именно к способу получения гидрида титана в режиме горения и устройству для осуществления способа.The invention relates to the field of inorganic chemistry and powder metallurgy, and in particular to a method for producing titanium hydride in a combustion mode and a device for implementing the method.

Гидрид титана может быть использован в различных областях техники, основными из которых являются ядерная энергетика (в качестве замедлителей в регулирующем стержне ядерного реактора на быстрых нейтронах, в качестве наполнителя пастообразного материала для защиты от радиоактивного излучения); как исходный продукт для получения высокочистого порошка титана; как добавка для получения пористого и алмазосодержащего композиционного материала в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС); в качестве источника водорода; в качестве поглотителя влаги; как добавка в термитных и воспламенительных составах; при термообработке деталей, например в часовой промышленности и в других областях.Titanium hydride can be used in various fields of technology, the main of which are nuclear energy (as moderators in the control rod of a fast fast neutron reactor, as a filler in a paste-like material to protect against radioactive radiation); as a starting material for obtaining highly pure titanium powder; as an additive for the production of porous and diamond-containing composite material in the mode of self-propagating high-temperature synthesis (SHS); as a source of hydrogen; as a moisture absorber; as an additive in termite and igniter compositions; during heat treatment of parts, for example, in the watch industry and in other areas.

Известен способ получения гидридов переходных металлов, в частности гидрида титана, который включает прессование полидисперсного порошка титана дисперсностью 0,5-1,5 мм (500-1500 мкм) в виде таблеток, размещение в герметичном водоохлаждаемом реакторе, вакуумирование реактора до 10-1 мм рт.ст., заполнение реактора водородом до давления 1-5 атм (0,1-0,5 МПа), локальное инициирование с помощью вольфрамовой проволоки, находящейся в контакте с металлом, последующее прохождение самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и извлечение готового продукта (SU 552293, C01G 1/00, 30.03.1977).A known method of producing hydrides of transition metals, in particular titanium hydride, which includes pressing a polydispersed titanium powder with a dispersion of 0.5-1.5 mm (500-1500 μm) in the form of tablets, placement in a sealed water-cooled reactor, vacuuming the reactor to 10 -1 mm Hg, filling the reactor with hydrogen to a pressure of 1-5 atm (0.1-0.5 MPa), local initiation with a tungsten wire in contact with the metal, subsequent passage of self-propagating high-temperature synthesis and extraction of the finished product Recreatives Products (SU 552 293, C01G 1/00, 30.03.1977).

Известный способ позволяет получать гидрид титана, содержащий 4,04 мас.% водорода, что соответствует расчетному составу TiH2 с гранецентрированной кубической решеткой типа CaF2 с периодом решетки 4,454 Å.The known method allows to obtain titanium hydride containing 4.04 wt.% Hydrogen, which corresponds to the calculated composition of TiH 2 with a face-centered cubic lattice of the CaF 2 type with a lattice period of 4.454 Å.

Основным недостатком известного способа является его низкая производительность (не более 0,5 кг за один эксперимент) и достаточно высокая себестоимость. Кроме того, продукт синтеза представляет собой сильно спеченный материал и требует дополнительного измельчения. Например, для получения порошка дисперсностью менее 150 мкм требуется размол в шаровой мельнице в течение 10 часов.The main disadvantage of this method is its low productivity (not more than 0.5 kg per experiment) and a fairly high cost. In addition, the synthesis product is a highly sintered material and requires additional grinding. For example, to obtain a powder with a fineness of less than 150 microns, grinding in a ball mill for 10 hours is required.

Наиболее близким решением к заявляемому является способ получения гидрида титана, который включает взаимодействие титана с водородом в реакционном объеме водоохлаждаемого герметичного реактора под давлением водорода в режиме горения путем локального инициирования процесса поджигом титана с последующим прохождением самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, охлаждение продукта синтеза и его выделение, при этом в качестве титана используют порошок титана губчатого или его смесь с полидисперсным порошком титана, который берут преимущественно в количестве не более 50% от массы титана губчатого, процесс осуществляют при начальном давлении водорода не менее 2 МПа, процесс самораспространяющегося высокотемпературного синтеза проводят под постоянным давлением водорода не менее 0,3 МПа при дополнительном охлаждении продукта синтеза преимущественно в токе водорода (RU 2208573 С1, 23.01.2002 г.). Титан губчатый используют в виде порошков фракций -100+12, или -70+12, или -12+5, или -12+2, или -5+2 мм, или в виде смесей указанных фракций в любом соотношении, или смеси, по крайней мере, одной из указанных с полидисперсным порошком титана дисперсности -5+1,5 мм, преимущественно не менее 1,8 мм. Титан губчатый может быть использован в виде брикетов, плотно заполняющих реакционный объем. В некоторых случаях при охлаждении целевого продукта в водород может быть введено не более 50 об.% аргона или моноокиси углерода.The closest solution to the claimed one is a method for producing titanium hydride, which involves the interaction of titanium with hydrogen in the reaction volume of a water-cooled pressurized reactor under hydrogen pressure in the combustion mode by local initiation of the process of ignition of titanium with subsequent passage of self-propagating high-temperature synthesis, cooling the synthesis product and its isolation, when this is used as titanium sponge titanium powder or a mixture thereof with a polydisperse titanium powder, which they are taken predominantly in an amount of not more than 50% by weight of titanium sponge, the process is carried out at an initial hydrogen pressure of at least 2 MPa, the process of self-propagating high-temperature synthesis is carried out under a constant hydrogen pressure of at least 0.3 MPa with additional cooling of the synthesis product mainly in a stream of hydrogen (RU 2208573 C1, January 23, 2002). Sponge titanium is used in the form of powders of fractions -100 + 12, or -70 + 12, or -12 + 5, or -12 + 2, or -5 + 2 mm, or in the form of mixtures of these fractions in any ratio, or mixture, at least one of the fineness indicated with polydispersed titanium powder is -5 + 1.5 mm, preferably not less than 1.8 mm. Sponge titanium can be used in the form of briquettes tightly filling the reaction volume. In some cases, when the target product is cooled, not more than 50 vol.% Argon or carbon monoxide can be introduced into hydrogen.

В указанном патенте описано устройство для получения гидрида титана, которое содержит корпус, крышку, водоохлаждаемую рубашку, трубопровод для подачи водорода, запорные вентили: нижний для напуска водорода и верхний для выпуска водорода, манометр (моновакууметр) для контроля давления газа, электровводы для подачи тока и инициирования процесса горения, установленный в реакторе реакционный цилиндрический стакан с титаном, при этом дно стакана выполнено газопроницаемым, приподнято от края на 5-10 мм и герметизировано с дном реактора кольцевой прокладкой.The said patent describes a device for producing titanium hydride, which contains a housing, a cover, a water-cooled jacket, a pipeline for supplying hydrogen, shut-off valves: the lower one for hydrogen inlet and the upper one for hydrogen release, a manometer (mono-vacuum gauge) for monitoring gas pressure, electric inputs for supplying current and initiating the combustion process, a cylindrical reaction glass with titanium installed in the reactor, the glass bottom being gas-permeable, raised from the edge by 5-10 mm and sealed with the bottom of the ring reactor oh gasket.

К основным недостаткам известного способа и устройства относятся следующие. Смешивание титановой губки и полидисперсного порошка титана 10-50% ухудшает качество получаемого гидрида из-за низкого качества полидисперсного порошка, который содержит до не менее 1 мас.% примесей в виде железа, кремния, кислорода, водорода. Обычно содержание титана в порошках меньше 99%, а содержание титана в губке не менее 99,64%. Кроме этого, смешивание порошков с губкой является дополнительной технологической операцией, требующей специального оборудования и времени.The main disadvantages of the known method and device include the following. Mixing a titanium sponge and a polydisperse titanium powder of 10-50% affects the quality of the hydride obtained due to the low quality of the polydisperse powder, which contains up to at least 1 wt.% Impurities in the form of iron, silicon, oxygen, hydrogen. Typically, the titanium content of the powders is less than 99%, and the titanium content of the sponge is at least 99.64%. In addition, mixing powders with a sponge is an additional technological operation that requires special equipment and time.

Другим недостатком известного способа является подача водорода в реакционный объем реактора снизу, а выход его сверху через вентиль, установленный на трубопроводе крышки. Это значительно усложняет охлаждение верхней части реактора и крышки и требует дополнительного конструктивного решения способа охлаждения.Another disadvantage of this method is the supply of hydrogen to the reaction volume of the reactor from below, and its exit from above through a valve mounted on the lid pipeline. This greatly complicates the cooling of the upper part of the reactor and the lid and requires additional structural solutions to the cooling method.

Недостатком известного устройства является применение цилиндрического реакционного стакана. Известно, что плотность титана больше плотности гидрида титана более чем на 16%, то есть при синтезе происходит увеличение объема получаемого продукта и, соответственно, заклинивание его в цилиндрическом стакане, что затрудняет выгрузку.A disadvantage of the known device is the use of a cylindrical reaction beaker. It is known that the density of titanium is higher than the density of titanium hydride by more than 16%, that is, during synthesis there is an increase in the volume of the obtained product and, accordingly, it is jammed in a cylindrical glass, which makes unloading difficult.

Все указанные недостатки приводят к повышению себестоимости целевого продукта и снижению эффективности процесса в целом.All these disadvantages lead to an increase in the cost of the target product and a decrease in the efficiency of the process as a whole.

Технической задачей заявляемого изобретения является снижение себестоимости целевого продукта, повышение производительности, эффективности и безопасности процесса, упрощение способа и конструкции устройства, повышение качества получаемого продукта.The technical task of the invention is to reduce the cost of the target product, increase productivity, efficiency and safety of the process, simplify the method and design of the device, improve the quality of the resulting product.

Поставленная задача достигается тем, что способ получения гидрида титана включает взаимодействие титана губчатого с водородом в реакционном объеме герметичного водоохлаждаемого реактора под давлением водорода путем локального инициирования процесса горения с последующим прохождением самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, охлаждение продукта синтеза и его выделение, согласно изобретению водород в реактор подают сверху через вентиль, установленный на подводящем трубопроводе к крышке реактора, процесс инициирования ведут при начальном давлении водорода менее 0,5 МПа, процесс самораспространяющегося высокотемпературного синтеза проводят при постоянном давлении водорода менее 0,3 МПа с использованием факела или замкнутой системы охлаждения водородом, а для инициирования процесса горения применяют отсевы губчатого титана фракции -4+2 мм.The problem is achieved in that the method for producing titanium hydride involves the interaction of titanium sponge with hydrogen in the reaction volume of a pressurized water-cooled reactor under hydrogen pressure by local initiation of the combustion process followed by self-propagating high-temperature synthesis, cooling the synthesis product and its evolution, according to the invention, hydrogen is fed into the reactor from above through a valve mounted on the inlet pipe to the reactor lid, the initiation process is conducted at an initial hydrogen pressure of less than 0.5 MPa, the process is self-propagating high synthesis is carried out at a constant hydrogen pressure of less than 0.3 MPa using a hydrogen torch or a closed cooling system, and to initiate the combustion process are used spongy titanium screenings fraction -4 + 2 mm.

Устройство для получения гидрида титана включает водоохлаждаемый корпус реактора с крышкой, реакционный стакан с решетчатым дном, заполненный губчатым титаном и установленный на кольцевую прокладку, электровводы для подачи тока и инициирования процесса горения, вентиль для подачи водорода, вакуумный насос, факел, средство для контроля давления водорода, согласно изобретению средством для контроля давления является мановакуумметр, реакционный стакан выполнен в виде конуса, расширяющегося вверху, с конусностью в пределах 1:50-1:25, при этом устройство снабжено расположенным сверху средством для подачи водорода через вентиль, установленный на подводящем трубопроводе к крышке реактора, и трубопроводом для выхода водорода, находящимся снизу и подключенным к вакуумному насосу с вентилем, мановакуумметру и факелу с вентилем и поджигающей спиралью, соединенным с основанием реактора, а в качестве материала кольцевой прокладки используют асбестовый картон или асбестовую ткань.A device for producing titanium hydride includes a water-cooled reactor vessel with a lid, a reaction cup with a grate bottom filled with sponge titanium and mounted on an annular gasket, electric inputs for supplying current and initiating the combustion process, a valve for supplying hydrogen, a vacuum pump, a torch, and a means for monitoring pressure hydrogen, according to the invention, the means for controlling pressure is a manovacuum meter, the reaction beaker is made in the form of a cone expanding at the top, with a taper in the range 1: 50-1: 25, while the device is equipped with a means for supplying hydrogen through a valve located on the inlet pipe to the reactor cover located on top and a pipe for hydrogen output located at the bottom and connected to a vacuum pump with a valve, a vacuum gauge and a torch with a valve and an ignition coil connected to the base of the reactor, and as a ring gasket material, asbestos board or asbestos fabric is used.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства для осуществления способа получения гидрида титана.The drawing shows a schematic diagram of a device for implementing the method of producing titanium hydride.

Устройство содержит корпус реактора 1; крышку 2; водоохлаждаемую рубашку 3; конический реакционный стакан 4 с решетчатым дном 5, заполненный порошком титана губчатого 6, установленный на кольцевую прокладку 7; электровводы 8 для инициирующей спирали; вакуумный вентиль 9 для подачи водорода в реактор; вакуумный насос 10 с вакуумным вентилем для вакуумирования реактора; вентиль регулирования факела 11; вытяжной зонт 12; факел со спиралью 13; контрольный мановакуумметр 14.The device comprises a reactor vessel 1; cover 2; water-cooled shirt 3; a conical reaction cup 4 with a trellised bottom 5 filled with sponge titanium powder 6 mounted on an annular gasket 7; electrical inputs 8 for the initiating spiral; a vacuum valve 9 for supplying hydrogen to the reactor; a vacuum pump 10 with a vacuum valve for evacuating the reactor; torch control valve 11; exhaust hood 12; torch with a spiral of 13; control vacuum gauge 14.

Все детали реактора, реакционного стакана, подводящих и отводящих трубопроводов выполнены из жаростойкой и химически стойкой стали типа 12Х18Н10Т. Для кольцевой прокладки 7 используются асбестовый картон или асбестовая ткань.All parts of the reactor, reaction cup, inlet and outlet pipelines are made of heat-resistant and chemically resistant steel type 12X18H10T. For ring gasket 7, asbestos board or asbestos fabric is used.

Объем реактора, в зависимости от поставленной задачи, составляет 2, 5; 8; 20 и 30 литров, загрузка в реактор 30 литров составляет 30 кг титана губчатого.The volume of the reactor, depending on the task, is 2, 5; 8; 20 and 30 liters, loading into the reactor 30 liters is 30 kg of sponge titanium.

Начало реакции горения определяют по падению давления от начального до процесса гидрирования. Для организации протока водорода через реакционный объем для охлаждения применяют факел (для реакторов 8 л и менее), а для реакторов больших объемов в 20 ли 30 л применяют замкнутую систему охлаждения. Выходящий из реактора водород охлаждают и вновь направляют в реактор. Водород в реактор, расположенный вертикально, подают через верхний вентиль, установленный на подводящем трубопроводе к крышке реактора, а выход водорода из реактора происходит снизу через трубопровод, выходящий из реактора, который подключают к системе вакуумирования, к системе контроля, к факелу или к системе охлаждения водорода (для реакторов больших объемов вместо факела).The onset of the combustion reaction is determined by the pressure drop from the initial to the hydrogenation process. To organize the flow of hydrogen through the reaction volume, a torch is used for cooling (for reactors of 8 l or less), and for reactors of large volumes of 20 or 30 l, a closed cooling system is used. The hydrogen exiting the reactor is cooled and sent back to the reactor. Hydrogen is supplied to the reactor, which is located vertically, through the top valve installed on the inlet pipe to the reactor cover, and the hydrogen leaves the reactor from below through a pipe leaving the reactor, which is connected to a vacuum system, to a control system, to a torch, or to a cooling system hydrogen (for reactors of large volumes instead of a torch).

Замкнутая система охлаждения реактора может осуществляться несколькими способами, например прокачкой компрессором, либо предварительным сбором водорода в ресивер с меньшим давлением, а затем подкачиванием компрессором до нужного давления.A closed reactor cooling system can be carried out in several ways, for example by pumping by a compressor, or by pre-collecting hydrogen into a receiver with lower pressure, and then pumping the compressor to the desired pressure.

Способ получения гидрида титана с использованием указанного устройства осуществляют следующим образом. Реакционный конический стакан 4 заполняют порошком титана губчатого 6. Корпус реактора 1 фиксируют в вертикальном положении, опускают стакан 4 на кольцевую уплотнительную прокладку 7 из асбестового картона или ткани. На электровводах 8 закрепляют инициирующую спираль, обычно это нихромовая проволока диаметром 0,2-0,5 мм. В зоне контакта спирали с титаном подсыпают мелкие отсевы порошка фракции -4+2 мм. Реактор закрывают крышкой 2, герметизируют и вакуумируют насосом 10, открывая вентиль вакуумного насоса, контроль ведут по мановакуумметру 14. После вакуумирования вакуумный вентиль закрывают, насос отключают и реактор заполняют водородом до давления менее 0,5 МПа, открывая вентиль 9, установленный на подводящем трубопроводе к крышке реактора. В водоохлаждаемую рубашку 3 подают воду для охлаждения корпуса реактора. На электровводы 8 с инициирующей спиралью подают электрический импульс. Начало процесса горения в реакторе контролируют по падению давления на мановакуумметре 14, которое происходит довольно быстро за счет начала взаимодействия титана с водородом. При достижении давления менее 0,3 МПа открывают вентиль подачи водорода 9, водородный редуктор при этом настраивают на давление менее 0,3 МПа.A method of producing titanium hydride using the specified device is as follows. The reaction conical beaker 4 is filled with sponge titanium powder 6. The reactor vessel 1 is fixed in a vertical position, the beaker 4 is lowered onto an annular sealing gasket 7 made of asbestos cardboard or fabric. An initiating spiral is fixed to the electrical inputs 8, usually a nichrome wire with a diameter of 0.2-0.5 mm. In the contact zone of the spiral with titanium, fine screenings of the powder of the fraction -4 + 2 mm are added. The reactor is closed with a lid 2, sealed and vacuum pump 10, opening the valve of the vacuum pump, control is carried out by the vacuum gauge 14. After vacuum, the vacuum valve is closed, the pump is turned off and the reactor is filled with hydrogen to a pressure of less than 0.5 MPa, opening valve 9 installed on the inlet pipe to the reactor lid. In a water-cooled jacket 3 serves water to cool the reactor vessel. An electrical impulse is supplied to the electrical inputs 8 with an initiating spiral. The beginning of the combustion process in the reactor is controlled by the pressure drop on the manovacuum meter 14, which occurs rather quickly due to the beginning of the interaction of titanium with hydrogen. When a pressure of less than 0.3 MPa is reached, the hydrogen supply valve 9 is opened, while the hydrogen reducer is adjusted to a pressure of less than 0.3 MPa.

Для увеличения полноты превращения титана в гидрид, а также для создания условий охлаждения верхней части реактора и крышки, зажигают факел 13, который установлен под вытяжным зонтом 12. Факел снабжен открытой электрической спиралью, которая разогрета до температуры 500-600°С (напряжение регулируется автотрансформатором до появления на спирали темно-красного свечения), включение и выключение спирали сблокировано с охлаждением реактора. Включение факела и его высоту регулируют игольчатым вентилем 11.To increase the completeness of the conversion of titanium to hydride, as well as to create cooling conditions for the upper part of the reactor and the lid, a torch 13 is lit, which is installed under an exhaust hood 12. The torch is equipped with an open electric coil, which is heated to a temperature of 500-600 ° C (voltage is regulated by an autotransformer until a dark red glow appears on the spiral), turning the spiral on and off is blocked with cooling the reactor. The inclusion of the torch and its height is regulated by a needle valve 11.

Во время процесса гидрирования титана губчатого постоянно ведут контроль за давлением газа в реакторе, за температурой охлаждающей воды, сливаемой из реактора, за поведением факела. Длительность процесса определяется объемом реактора. Для реактора с диаметром реакционного стакана до 80 мм длительность процесса составляет до 30 минут, а с диаметром стакана 200 мм длительность процесса составляет 150 минут. Эти данные для гидрирования титана ТГ-100, фракции -12+2 мм.During the process of hydrogenation of titanium sponge, the gas pressure in the reactor is constantly monitored, the temperature of the cooling water discharged from the reactor, and the behavior of the torch. The duration of the process is determined by the volume of the reactor. For a reactor with a beaker diameter of up to 80 mm, the process takes up to 30 minutes, and with a beaker diameter of 200 mm, the process takes 150 minutes. These data are for the hydrogenation of titanium TG-100, fractions -12 + 2 mm.

После окончания процесса горения (определяют по окончанию падения давления в реакторе при закрытии вентилей 9 и 11) и после окончания охлаждения реактора (определяют по низкой температуре сливаемой воды из реактора) давление водорода в реакторе снижают до атмосферного. Снижение давления водорода производят факелом 13 при закрытом вентиле 9. После откачки оставшегося водорода из реактора насосом 10 систему заполняют (продувают) азотом или инертным газом, реактор открывают, продукт синтеза извлекают.After the end of the combustion process (determined by the end of the pressure drop in the reactor when valves 9 and 11 are closed) and after the cooling of the reactor (determined by the low temperature of the drained water from the reactor), the hydrogen pressure in the reactor is reduced to atmospheric. Hydrogen pressure is reduced by torch 13 with valve 9 closed. After pumping out the remaining hydrogen from the reactor with pump 10, the system is filled (purged) with nitrogen or an inert gas, the reactor is opened, and the synthesis product is recovered.

В заявляемом способе применяют титан губчатый по ГОСТ 17746-96 марок от ТГ-90 до ТГ-120. Титан губчатый этих марок наиболее чистый, содержание кислорода в нем не более 0,06% при содержании титана не менее 99,64%. Водород применяют по ТУ 6-20-00209585-26-97, очищенный от кислорода и влаги, содержащий не более 0,01 об.% примеси кислорода и аргона.In the inventive method, titanium sponge is used in accordance with GOST 17746-96 grades from TG-90 to TG-120. Sponge titanium of these grades is the purest, the oxygen content in it is not more than 0.06% with a titanium content of not less than 99.64%. Hydrogen is used according to TU 6-20-00209585-26-97, purified from oxygen and moisture, containing not more than 0.01 vol.% Impurities of oxygen and argon.

Сущность способа поясняется примерами.The essence of the method is illustrated by examples.

Пример 1Example 1

Берут порошок титана губчатого ТГ-110, фракции -12+2 мм, помещают его в конический реакционный стакан 4 с конусностью 1:25, дно которого выполнено газопроницаемым за счет отверстий диаметром 1,0 мм. Стакан помещают в реактор объемом 2,5 литра. На электродах 8 закрепляют инициирующую спираль из нихромовой проволоки диаметром 0,2-0,5 мм. В зоне контакта спирали с титаном 4 подсыпают мелкие отсевы титана губчатого фракции -4+2 мм в количестве не менее 10 г. Реактор закрывают крышкой 2, герметизируют и вакуумируют до давления 10 мм рт.ст. Через верхний вентиль 9 в реактор подают водород до начального давления 0,45 МПа. Перед инициированием вентиль 9 закрывают, в водоохлаждаемую рубашку 3 подают воду, инициируют горение путем подачи импульса тока на спираль.Take spongy titanium powder TG-110, fractions -12 + 2 mm, place it in a conical reaction cup 4 with a taper of 1:25, the bottom of which is made gas permeable due to holes with a diameter of 1.0 mm. The beaker is placed in a 2.5 liter reactor. An initiating spiral of nichrome wire with a diameter of 0.2-0.5 mm is fixed on the electrodes 8. In the contact zone of the helix with titanium 4, fine screenings of titanium of sponge fraction of -4 + 2 mm in an amount of at least 10 g are added. The reactor is closed with lid 2, sealed and vacuum to a pressure of 10 mm Hg. Through the upper valve 9, hydrogen is supplied to the reactor to an initial pressure of 0.45 MPa. Before initiation, the valve 9 is closed, water is supplied to the water-cooled jacket 3, combustion is initiated by applying a current pulse to the spiral.

Начало горения контролируют на мановакуумметре 14 по снижению давления водорода в реакторе за счет начала взаимодействия титана с водородом. С началом падения давления открывают вентиль 9 и посредством газового редуктора устанавливают давление в реакторе 0,25 МПа. Убедившись, что спираль на факеле раскалена, приоткрывают вентиль 11, обеспечивая проток водорода по всей длине реакционного стакана.The onset of combustion is monitored on a manovacuum meter 14 to reduce the pressure of hydrogen in the reactor due to the beginning of the interaction of titanium with hydrogen. With the beginning of the pressure drop, the valve 9 is opened and the pressure in the reactor is set at 0.25 MPa by means of a gas reducer. After making sure that the spiral on the torch is heated, open valve 11, providing a flow of hydrogen along the entire length of the reaction beaker.

Окончание процесса горения и последующее охлаждение реактора контролируют по прекращению падения давления в реакторе при закрытии вентилей 9 и 11, а также по температуре воды, сливаемой из реактора. Температура воды не должна быть выше комнатной.The end of the combustion process and the subsequent cooling of the reactor are controlled by stopping the pressure drop in the reactor when valves 9 and 11 are closed, as well as by the temperature of the water discharged from the reactor. Water temperature should not be higher than room temperature.

После охлаждения реактора давление водорода в нем снижают до атмосферного. Полное удаление водорода из газовых систем реактора производят дожиганием на факеле с последующей откачкой оставшегося водорода вакуумным насосом и заполнением (продувкой) инертным газом. После чего реактор открывают и извлекают продукт синтеза.After cooling the reactor, the hydrogen pressure in it is reduced to atmospheric. Complete removal of hydrogen from the gas systems of the reactor is carried out by afterburning in a flare, followed by pumping out the remaining hydrogen by a vacuum pump and filling (flushing) with an inert gas. Then the reactor is opened and the synthesis product is recovered.

Целевой продукт представляет собой гидрид титана в виде гидрированной губки, которая легко выгружается из конического реакционного стакана и легко измельчается в ступке (время измельчения не превышает 30 минут).The target product is titanium hydride in the form of a hydrogenated sponge, which is easily discharged from a conical reaction beaker and easily crushed in a mortar (grinding time does not exceed 30 minutes).

По данным рентгенофазового анализа продукт синтеза представляет собой гидрид титана с гранецентрированной кубической решеткой типа Fm3m. По данным химического анализа продукт содержит 4,02 мас.% водорода, что соответствует формуле TiH2.According to x-ray phase analysis, the synthesis product is titanium hydride with a face-centered cubic lattice of the Fm3m type. According to chemical analysis, the product contains 4.02 wt.% Hydrogen, which corresponds to the formula TiH 2 .

Пример 2Example 2

Берут титан губчатый ТГ-100 двух фракций -70+12 мм и -12+2 мм, помещают смесь в конический реакционный стакан 4, предназначенный для реактора объемом 30 литров. Стакан имеет конусность 1:50 и газопроницаемое дно 5. Вниз стакана на 90% объема загружают крупную губку (-70+12 мм), затем сверху засыпают на 10% объема мелкую губку (-12+2 мм). Общий вес загрузки составляет 30 кг. Стакан опускают в реактор и устанавливают на кольцевую прокладку, изготовленную из асбестовой ткани. Кольцевая прокладка обеспечивает уплотнение основания реакционного стакана с днищем реактора и создает условия для прохождения водорода через титановую губку, обеспечивает полноту превращения и возможность проведения охлаждения после окончания реакции горения.Take sponge titanium TG-100 of two fractions -70 + 12 mm and -12 + 2 mm, place the mixture in a conical reaction cup 4, designed for a reactor with a volume of 30 liters. The glass has a taper of 1:50 and a gas-permeable bottom 5. A large sponge (-70 + 12 mm) is loaded 90% of the volume down the glass, then a small sponge (-12 + 2 mm) is poured onto the top 10% of the volume. The total load weight is 30 kg. The glass is lowered into the reactor and mounted on an annular gasket made of asbestos fabric. An annular gasket provides a seal of the base of the reaction cup with the bottom of the reactor and creates the conditions for the passage of hydrogen through a titanium sponge, provides a complete conversion and the possibility of cooling after the combustion reaction.

Инициирующую спираль закрепляют на электродах 8, а в зоне контакта спирали с титаном губчатым для надежности инициирования подсыпают отсевы титана фракции -4+2 мм.The initiating spiral is fixed on the electrodes 8, and in the zone of contact of the spiral with titanium sponge, titanium screenings of a fraction of -4 + 2 mm are poured for reliability of initiation.

Герметизацию реактора, вакуумирование, подачу водорода в реактор, охлаждение корпуса реактора и инициирование проводят по примеру 1. Ректор заполняют водородом до начального давления 0,3 МПа. После инициирования реакции горения давление водорода в ректоре снижают до 0,15 МПа и поддерживают в течение всего времени горения.The pressurization of the reactor, evacuation, the supply of hydrogen to the reactor, the cooling of the reactor vessel and the initiation are carried out according to example 1. The reactor is filled with hydrogen to an initial pressure of 0.3 MPa. After the initiation of the combustion reaction, the hydrogen pressure in the reactor is reduced to 0.15 MPa and maintained throughout the combustion time.

Общее время цикла (горение и охлаждение) в 30-литровом реакторе составляет до 3 часов. С целью снижения времени охлаждения и интенсификации процесса гидрирования большую часть «отработанного» водорода направляют не на факел, а снова в реактор после предварительного охлаждения. При этом время цикла составляет не более 1,5 часов.The total cycle time (combustion and cooling) in a 30-liter reactor is up to 3 hours. In order to reduce the cooling time and intensify the hydrogenation process, most of the "spent" hydrogen is sent not to the flare, but again to the reactor after preliminary cooling. In this case, the cycle time is not more than 1.5 hours.

Целевой продукт легко выгружается из конического реакционного стакана и легко измельчается до дисперсности 150 мкм в шаровой мельнице в течение 30 минут (в прототипе в течение 2 часов). По данным рентгенофазового анализа продукт синтеза представляет собой гидрид титана. Данные химического анализов продукта синтеза представлены в таблице.The target product is easily unloaded from a conical reaction beaker and easily crushed to a dispersion of 150 μm in a ball mill for 30 minutes (in the prototype for 2 hours). According to x-ray phase analysis, the synthesis product is titanium hydride. The data of chemical analyzes of the synthesis product are presented in the table.

Таким образом, заявляемая совокупность признаков формулы изобретения позволяет упростить процесс получения гидрида титана, повысить чистоту целевого продукта, его себестоимость за счет использования конструкции стакана и за счет снижения времени помола, повысить эффективность процесса и его пожаробезопасность.Thus, the claimed combination of features of the claims allows to simplify the process of producing titanium hydride, to increase the purity of the target product, its cost by using the design of the glass and by reducing the grinding time, to increase the efficiency of the process and its fire safety.

ТаблицаTable № п/пNo. p / p Титан губчатыйSponge titanium Объем реакто-ра, лThe volume of the reactor, l Вес шихты, кгThe weight of the charge, kg Давление, МПаPressure, MPa Время цикла, минCycle time min Режим охлаждения*)Cooling Mode *) Результаты хим. анализа TiH2, мас.%Results chem. analysis of TiH 2 , wt.% МаркаMark Фракция шихты, ммCharge fraction, mm Фракция подсыпки, ммFilling fraction, mm НачальноеInitial При синтезеIn synthesis HzHz 0202 FeFe 1.one. ТГ-110TG-110 -12+2-12 + 2 -4+2-4 + 2 2,52.5 2,42,4 0,450.45 0,250.25 30thirty ФакелTorch 4,024.02 0,040.04 0,060.06 2.2. ТГ-100TG-100 -70+12/ -12+2=90/10-70 + 12 / -12 + 2 = 90/10 -4+2-4 + 2 30,030,0 30,030,0 0,30.3 0,150.15 9090 Н2 охл.H 2 cooling 4,044.04 0,050.05 0,060.06 3.3. ТГ-100TG-100 -12+2-12 + 2 -4+2-4 + 2 8,08.0 7,67.6 0,400.40 0,200.20 4545 ФакелTorch 4,034.03 0,050.05 0,060.06 4.four. ТГ-120TG-120 -12+2-12 + 2 -4+2-4 + 2 20,020,0 19,519.5 0,350.35 0,250.25 9090 ФакелTorch 4,034.03 0,050.05 0,060.06 5.5. ТГ-100TG-100 -12+2-12 + 2 -4+2-4 + 2 20,020,0 19,419,4 0,300.30 0,150.15 7575 Н2 охлH 2 cool 4,044.04 0,040.04 0,060.06 6**6 ** ТГ-120TG-120 -12+2-12 + 2 -- 30,030,0 30,030,0 2,02.0 0,100.10 150150 Н2 охлH 2 cool 4,044.04 0,060.06 0,070,07 *) H2 охл. - замкнутая система охлаждения (отработанный водород после охлаждения вновь направляют в реактор с целью охлаждения реакционной шихты).*) H 2 cooling - closed cooling system (spent hydrogen after cooling is again sent to the reactor in order to cool the reaction mixture). **) - прототип.**) - prototype.

Claims (3)

1. Способ получения гидрида титана, включающий взаимодействие титана губчатого с водородом в реакционном объеме герметичного водоохлаждаемого реактора под давлением водорода в режиме горения путем локального инициирования процесса горения с последующим прохождением самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, охлаждение продукта синтеза и его выделение, отличающийся тем, что водород в реактор попадает сверху через вентиль, установленный на подводящем трубопроводе к крышке реактора, процесс инициирования ведут при начальном давлении водорода менее 0,5 МПа, процесс самораспространяющегося высокотемпературного синтеза проводят при постоянном давлении водорода менее 0,3 МПа с использованием факела или замкнутой системы охлаждения водородом, а для инициирования процесса горения применяют отсевы губчатого титана фракции -4+2 мм.1. A method of producing titanium hydride, including the interaction of titanium sponge with hydrogen in the reaction volume of a pressurized water-cooled reactor under hydrogen pressure in the combustion mode by local initiation of the combustion process followed by the passage of self-propagating high-temperature synthesis, cooling the synthesis product and its evolution, characterized in that hydrogen in the reactor enters from above through a valve installed on the supply pipe to the reactor lid, the initiation process is carried out at the initial om hydrogen pressure of less than 0.5 MPa, the process is self-propagating high synthesis is carried out at a constant hydrogen pressure of less than 0.3 MPa using a hydrogen torch or a closed cooling system, and to initiate the combustion process are used spongy titanium screenings fraction -4 + 2 mm. 2. Устройство для получения гидрида титана, включающее водоохлаждаемый корпус реактора с крышкой, реакционный стакан с решетчатым дном, заполненный губчатым титаном и установленный на кольцевую прокладку, электровводы для подачи тока и инициирования процесса горения, вентиль для подачи водорода, вакуумный насос, факел, средство для контроля давления водорода, отличающееся тем, что средством для контроля давления является мановакуумметр, реакционный стакан выполнен в виде конуса, расширяющегося вверху, с конусностью в пределах 1:50÷1:25, при этом устройство снабжено расположенным сверху средством для подачи водорода через вентиль, установленный на подводящем трубопроводе к крышке реактора, и трубопроводом для выхода водорода, находящимся снизу и подключенным к вакуумному насосу с вентилем, мановакуумметру и факелу с вентилем и поджигающей спиралью, соединенным с основанием реактора.2. A device for producing titanium hydride, including a water-cooled reactor vessel with a lid, a reaction cup with a grate bottom, filled with sponge titanium and mounted on an annular gasket, electric inputs for supplying current and initiating the combustion process, a valve for supplying hydrogen, a vacuum pump, a torch, a tool for monitoring the pressure of hydrogen, characterized in that the means for controlling the pressure is a manovacuum meter, the reaction cup is made in the form of a cone expanding at the top, with a taper in the range 1: 50 ÷ 1: 25, pr This device is provided with an overhead means for feeding hydrogen through a valve in the supply line to the lid of the reactor and the conduit for the hydrogen exit located below and connected to a vacuum pump with a valve, manometers and torch to the valve and igniting coil connected to reactor base. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве материала кольцевой прокладки используют асбестовый картон или асбестовую ткань. 3. The device according to claim 2, characterized in that asbestos cardboard or asbestos fabric is used as the material of the annular gasket.
RU2008107172/15A 2008-02-28 2008-02-28 Method of producing titanium hydride and device for realising said method RU2385837C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008107172/15A RU2385837C2 (en) 2008-02-28 2008-02-28 Method of producing titanium hydride and device for realising said method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008107172/15A RU2385837C2 (en) 2008-02-28 2008-02-28 Method of producing titanium hydride and device for realising said method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008107172A RU2008107172A (en) 2009-09-10
RU2385837C2 true RU2385837C2 (en) 2010-04-10

Family

ID=41165864

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008107172/15A RU2385837C2 (en) 2008-02-28 2008-02-28 Method of producing titanium hydride and device for realising said method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2385837C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102161473A (en) * 2011-03-10 2011-08-24 西南科技大学 Vacuum furnace device for sponge titanium hydrogenation and hydrogenation method of sponge titanium
RU2507150C1 (en) * 2012-07-03 2014-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") Method of obtaining powder-like titanium hydride
RU2616920C2 (en) * 2014-12-08 2017-04-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт энергетических проблем химической физики им. В.Л. Тальрозе Российской академии наук ИНЭПХФ РАН им. В.Л. Тальрозе Method for obtaining the nanopowder of titanide hydride
RU173115U1 (en) * 2016-11-21 2017-08-14 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") DEVICE FOR PRODUCING METAL HYDRIDE

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104176762A (en) * 2014-07-02 2014-12-03 北京理工大学 Method for preparing light rare earth deuteride by high-temperature direct process

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
БЕЛЕНЬКИЙ Е.Ф., РИСКИН И.В. Химия и технология пигментов. - Л.: Химия, 1974, с.62. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102161473A (en) * 2011-03-10 2011-08-24 西南科技大学 Vacuum furnace device for sponge titanium hydrogenation and hydrogenation method of sponge titanium
RU2507150C1 (en) * 2012-07-03 2014-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") Method of obtaining powder-like titanium hydride
RU2616920C2 (en) * 2014-12-08 2017-04-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт энергетических проблем химической физики им. В.Л. Тальрозе Российской академии наук ИНЭПХФ РАН им. В.Л. Тальрозе Method for obtaining the nanopowder of titanide hydride
RU173115U1 (en) * 2016-11-21 2017-08-14 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") DEVICE FOR PRODUCING METAL HYDRIDE

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008107172A (en) 2009-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2385837C2 (en) Method of producing titanium hydride and device for realising said method
US8821610B2 (en) Phlegmatized metal powder or alloy powder and method and reaction vessel for the production thereof
CA1334959C (en) Method of manufacturing tough and porous getters by means of hydrogen pulverization and getter produced thereby
JPH0135761B2 (en)
RU2208573C1 (en) Titanium hydride production process
US4537761A (en) Hydrogen storage system
US5093101A (en) Method for the preparation of active magnesium hydride-magnesium-hydrogen storage systems and apparatus for carrying out the method
KR20050061458A (en) Reactive milling process for the manufacture of a hydrogen storage alloy
TWI620714B (en) Method for producing metal hydride
US3438178A (en) Separation of hydrogen from other gases
RU2583980C2 (en) Method of producing nitrogen-bearing alloy
EP0854111A2 (en) Apparatus for recovering, refining, and storing hydrogen gas
RU2616920C2 (en) Method for obtaining the nanopowder of titanide hydride
JPH05339606A (en) Production of titanium powder and its device
US3102003A (en) Separation of gases of dissociated ammonia
CN213995812U (en) Heating device for artificial diamond synthesis
RU2038296C1 (en) Method for production of titanium carbide and device for its realization
KR101053955B1 (en) Manufacturing method of magnesium-based hydride and magnesium-based hydride prepared using the same
SU1834845A3 (en) Method of producing high-melting titanium carbide-base compounds and device for its implementation
RU2647073C1 (en) Method of producing tantalum powder
US4925486A (en) Highly compactable zirconium sponge and its manufacture
CN115026291A (en) Method for preparing powder by hydrogenating and crushing large-size valve metal ingot
CN217709334U (en) Pressurized organic solid waste molten iron bath synthesis gas production device
US2793106A (en) Method for refining titanium, zirconium, cerium, hafnium and thorium
RU173115U1 (en) DEVICE FOR PRODUCING METAL HYDRIDE

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180301