RU2494837C1 - Способ очистки порошка титана от примеси кислорода - Google Patents
Способ очистки порошка титана от примеси кислорода Download PDFInfo
- Publication number
- RU2494837C1 RU2494837C1 RU2012103160/02A RU2012103160A RU2494837C1 RU 2494837 C1 RU2494837 C1 RU 2494837C1 RU 2012103160/02 A RU2012103160/02 A RU 2012103160/02A RU 2012103160 A RU2012103160 A RU 2012103160A RU 2494837 C1 RU2494837 C1 RU 2494837C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- titanium
- hydrogen
- oxygen
- titanium powder
- Prior art date
Links
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области порошковой металлургии металлов IVB подгруппы, в частности к способам очистки порошков металлов от примеси кислорода. Способ очистки порошка титана от примеси кислорода включает насыщение порошка титана водородом с получением порошкообразного гидрида титана и последующее удаление водорода в вакууме при температуре ниже температуры активного спекания порошка. Уменьшается массовое содержание примеси кислорода в порошке титана до 0,2 масс.% при сохранении порошкообразной формы исходного материала, что значительно снижает трудоемкость и энергозатраты процесса. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к области порошковой металлургии металлов IVБ подгруппы Периодической системы Д.И. Менделеева (титана, циркония и гафния), а также лантаноидов и актиноидов, в частности, к способам очистки порошков металлов от примесей.
Присутствие примеси кислорода в порошках металлов может оказывать сильное влияние на некоторые физико-химические свойства. Требования по предельно-допустимому содержанию примеси кислорода в порошке делают нередко довольно затруднительным получение необходимого количества порошка даже при соблюдении соответствующих условий, при которых все операции по получению и хранению порошкового материала проводят в атмосфере сухого инертного газа, например, аргона или сухого азота. В тех случаях, когда в полученном порошке содержание примеси кислорода оказалось выше, чем предельно-допустимое содержание этой примеси, то весь полученный порошок подлежит бракованию.
Известным способом очистки порошка титана от примеси кислорода является способ иодидного рафинирования [Химия и технология редких и рассеянных элементов. Под ред. К.А. Большакова. - М.: Высшая школа. 1976. С.277-278]. Он основан на переносе титана в виде летучих иодидов с последующим его осаждением на металлической нити. Кислород при этом не образует летучих соединений с йодом и поэтому происходит очистка титана от примеси кислорода.
Недостатком данного способа является то, что он требует больших энергетических затрат, и готовый продукт получается дороже по сравнению, например, с магнийтермическим титаном в 4 раза [Химия и технология редких и рассеянных элементов. Под ред. К.А. Большакова. - М.: Высшая школа. 1976. С.277-278].
Недостатком способа является также то, что после очистки от кислорода получают металл в виде прутка, который в дальнейшем нужно перевести в порошок, используя, например, способ гидрирования-дегидрирования.
Задачей настоящего изобретения является упрощение и удешевление способа очистки порошка титана от примеси кислорода с одновременным сохранением порошкообразной формы исходного материала.
При использовании заявленного способа достигается следующий технический результат:
- снижается массовое содержание примеси кислорода в порошке титана до значения ≈0,2% масс.;
- сохраняется порошкообразная форма исходного материала, что значительно снижает трудоемкость и энергозатраты.
Для решения поставленной задачи и достижения технического результата предложен способ очистки порошка титана от примеси кислорода, заключающийся в насыщении порошка титана водородом с получением порошкообразного гидрида титана, в последующем удалении водорода в вакууме при температуре ниже температуры активного спекания порошка.
Удаление паров воды и водорода из гидрида титана осуществляют при температуре не выше 520°C и вакууме не выше 0,2 мм рт.ст. Удаление водорода осуществляют в той же установке, в которой было проведено гидрирование порошка титана с водородом.
После активации исходного порошка титана перед его гидрированием в результате термической обработки в вакууме, находящийся на поверхности частиц порошка кислород переходит в объем частиц и добавляется к тому кислороду, который в виде твердого раствора кислорода в α-титане уже находился в объеме частиц до начала операции активации. После окончания гидрирования порошка титана и получения порошка гидрида титана следует операция термического разложения гидрида титана в вакууме и удаления водорода из порошка гидрида титана. Температура нагревания порошка должна быть такой, чтобы она могла обеспечить диффузию атомов кислорода к поверхности частицы, переход этих атомов на поверхность, взаимодействие каждого из этих поверхностных атомов кислорода с двумя поверхностными атомами водорода и десорбцию молекул воды в газовую фазу, состоящую из газообразного водорода, выделившегося при термическом разложении гидрида титана. Схему такого процесса можно представить следующими последовательными стадиями:
где O(об. TiHx) - атом кислорода в объеме частицы гидрида титана TiHx, O(пов. TiHx) - атом кислорода на поверхности частицы гидрида титана TiHx;
где H(пов. TiHx) - атом водорода на поверхности частицы гидрида титана TiHx, ОН(пов. TiHx) - радикал ОН на поверхности частицы гидрида титана TiHx;
где H2O(пов. TiHx) - молекула воды, адсорбированная на поверхности частицы гидрида титана TiHx;
где H2O(г.ф.) - молекула воды после ее десорбции с поверхности частицы и ее перехода в газовую фазу, содержащую газообразный водород.
Для всех металлов IVБ подгруппы процесс очистки от примеси кислорода может быть представлен в общем виде следующими стадиями:
где O(об. MHx) - атом кислорода в объеме частицы гидрида металла МНх, O(пов. MHx) - атом кислорода на поверхности частицы гидрида металла МНх;
где Н(пов. MHx) - атом водорода на поверхности частицы гидрида металла МНх, ОН(пов. TiHx) - радикал ОН на поверхности частицы гидрида металла MHx;
где H2O(пов. MHx) - молекула воды, адсорбированная на поверхности частицы гидрида металла MHx;
Вполне очевидно, что очистка от примеси кислорода может происходить только в тех термодинамических и кинетических условиях, которые благоприятны для протекания всех стадий суммарного процесса.
Можно сделать предположение о том, что скорость суммарного процесса лимитируется либо скоростью стадии диффузионного массопереноса атомов кислорода из объема частиц к поверхности /стадии (1) или 1')/, либо скоростью ассоциативной десорбции воды, оказавшейся на поверхности в результате двух последовательных элементарных реакций /(2) или (2') и (3) или (3')/.
Необходимо подчеркнуть, что с повышением температуры происходит увеличение скорости всех стадий /(1)-(4)/ реакции и ее суммарной скорости. Поэтому целесообразно было бы проводить процесс очистки при максимально допустимой температуре. Но эта температура ограничена температурой начала интенсивного спекания частиц порошка. Вследствие этого, например, для порошка титана и полученного из него гидрида титана температура удаления водорода из него и соответствующая температура процесса очистки порошка от примеси кислорода не должна превышать температуру начала активного процесса спекания частиц порошка, то есть 520-600°C [В.С. Устинов, Ю.Г. Олесов, Л.Н. Антинин, В.А. Дрозденко. Порошковая металлургия титана. - М.: Металлургиздат. 1973, С.65]. В случае незначительного спекания порошка при проведении дегидрирования и удаления из него водорода он может быть подвергнут кратковременному дроблению в измельчителе в атмосфере сухого и чистого инертного газа (например, аргона).
Следует отметить, что предлагаемый способ очистки от примеси кислорода порошка титана по своей физико-химической природе относится к способам химической возгонки.
Процесс химической возгонки вещества - процесс его перехода из твердого в газообразное состояние в результате гетерогенной химической реакции типа газ - твердая фаза, протекающей на поверхности твердой фазы. При этом в отличие от известного процесса обычной физической возгонки вещества, то есть его перехода из твердого в газообразное состояние без стадии плавления в результате нагревания, процесс химической возгонки обычно осуществляется за счет какой-то конкретной химической экзотермической реакции или экзотермической стадии процесса [В.И. Евдокимов. Химическая возгонка. - М.: Знание. 1984, С.4-5]. В данном способе роль такой экзотермической стадии играет поверхностная экзотермическая реакция образования молекулы воды из атомарного водорода и гидроксил-радикала /стадии (3) и (3')/.
Необходимо отметить то обстоятельство, что для смещения термодинамического равновесия суммарной реакции удаления кислорода из твердой фазы в паровую (газовую) фазу, протекающей по следующей схеме: 
, целесообразно установить в соответствующем аппарате узел, содержащий эффективный геттер водяных паров.
Способ очистки порошка титана от примеси кислорода включает в себя три этапа: активация порошка, его гидрирование и обезгаживание.
Пример 1.
Для проведения активации навеску порошка титана массой 1,5 г помещают в кварцевую пробирку, откачивают с диффузионным насосом до высокого вакуума и нагревают до температуры 350°C, выдерживая при этой температуре 4 часа.
После проведения активации в стеклянную вакуумную установку напускают избыток водорода ~1,2-1,3 л (н.у.), который активно поглощается порошком. Полученный гидрид охлаждают в течение 1 часа до комнатной температуры.
Последним и самым важным этапом настоящего способа является обезгаживание, которое заключается в нагревании порошка гидрида в той же вакуумной установке до температуры не выше 520°C с постоянной откачкой с целью удаления из порошка большей части содержащегося в нем водорода. Именно в выделившийся газообразный водород и перейдет в виде паров воды часть примеси кислорода, содержащегося в исходном порошке титана.
В таблице приведены результаты проведенных экспериментов по очистке порошка титана от примеси кислорода.
| Таблица | ||||
| Результаты опытов по очистке порошка титана от примеси кислорода | ||||
| Название материала | Тип образца | Содержание H, % масс. | Содержание O, % масс. | Удельная поверхность SБЭТ, м2/г |
| Исходный порошок титана | Порошок марки ПТОМ-2 | 0,66 | 0,34 | 0,29 |
| Опытный образец | - | 0,86 | - | |
| Очищенный порошок титана | Порошок марки ПТОМ-2 | 0,49 | 0,18 | 0,11 |
| Опытный образец | - | 0,17 | - | |
Из приведенной таблицы видно, что массовое содержание примеси кислорода в очищенном порошке титана почти в 2-5 раз меньше чем в исходном порошке. Стоит также сказать, что уменьшение удельной поверхности порошка титана говорит о начале процесса спекания частиц.
Следует отметить, что в настоящем способе предложен неизвестный ранее способ очистки порошка титана от примеси кислорода при соблюдении условия сохранения порошкообразного состояния исходного материала. Этот способ может найти применение в порошковой металлургии металлов IVБ подгруппы Периодической системы, а также лантаноидов и актиноидов.
Claims (3)
1. Способ очистки порошка титана от примеси кислорода, включающий насыщение порошка титана водородом с получением порошкообразного гидрида титана и последующее удаление водорода в вакууме при температуре ниже температуры активного спекания порошка.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что удаление водорода из гидрида титана осуществляют при температуре не выше 520°C и вакууме не выше 0,2 мм рт.ст.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что удаление водорода осуществляют в той же установке, в которой было проведено насыщение порошка титана водородом.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012103160/02A RU2494837C1 (ru) | 2012-01-30 | 2012-01-30 | Способ очистки порошка титана от примеси кислорода |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012103160/02A RU2494837C1 (ru) | 2012-01-30 | 2012-01-30 | Способ очистки порошка титана от примеси кислорода |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012103160A RU2012103160A (ru) | 2013-08-10 |
| RU2494837C1 true RU2494837C1 (ru) | 2013-10-10 |
Family
ID=49159143
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012103160/02A RU2494837C1 (ru) | 2012-01-30 | 2012-01-30 | Способ очистки порошка титана от примеси кислорода |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2494837C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2579580C1 (ru) * | 2014-12-10 | 2016-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" | Способ приготовления компактного гидрида титана |
| RU2794190C1 (ru) * | 2022-02-09 | 2023-04-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук | Способ очистки порошков титана и его сплавов от примеси кислорода |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2905547A (en) * | 1955-03-28 | 1959-09-22 | Titanium Metals Corp | Dehydrogenating titanium metal powder |
| RU2236931C2 (ru) * | 2002-04-08 | 2004-09-27 | ФГУП "Производственное объединение "Маяк" | Способ термического разложения гидридов переходных металлов |
| RU2240896C1 (ru) * | 2003-03-11 | 2004-11-27 | ФГУП "Производственное объединение "Маяк" | Способ получения мелкодисперсного порошка титана |
-
2012
- 2012-01-30 RU RU2012103160/02A patent/RU2494837C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2905547A (en) * | 1955-03-28 | 1959-09-22 | Titanium Metals Corp | Dehydrogenating titanium metal powder |
| RU2236931C2 (ru) * | 2002-04-08 | 2004-09-27 | ФГУП "Производственное объединение "Маяк" | Способ термического разложения гидридов переходных металлов |
| RU2240896C1 (ru) * | 2003-03-11 | 2004-11-27 | ФГУП "Производственное объединение "Маяк" | Способ получения мелкодисперсного порошка титана |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| БЕРЕЖКО П.Г. и др. Гидрирование титана и циркония и термическое разложение их гидридов. - Международный научный журнал "энергетика и экология", АЭЭ No.11(43) 2006. * |
| БЕРЕЖКО П.Г. и др. Гидрирование титана и циркония и термическое разложение их гидридов. - Международный научный журнал "энергетика и экология", АЭЭ №11(43) 2006. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2579580C1 (ru) * | 2014-12-10 | 2016-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" | Способ приготовления компактного гидрида титана |
| RU2794190C1 (ru) * | 2022-02-09 | 2023-04-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук | Способ очистки порошков титана и его сплавов от примеси кислорода |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012103160A (ru) | 2013-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10124319B2 (en) | Method for producing conductive mayenite compound powder having large specific surface area | |
| JP6720222B2 (ja) | 高純度５塩化タングステンおよびその合成方法 | |
| JPWO2015136954A1 (ja) | アンモニア合成触媒及びアンモニア合成方法 | |
| TW200909345A (en) | Method for producing regeneration catalyst for working solution usable for hydrogen peroxide production | |
| JP2008545521A (ja) | 水素ベースのプラズマを用いた処理による材料の清浄化 | |
| US10138533B2 (en) | Method for producing high-purity calcium | |
| JP2001342566A (ja) | Ｃｖｄ薄膜形成プロセス及びｃｖｄ薄膜製造装置 | |
| JP6491304B2 (ja) | 希土類金属溶製脱ガス方法 | |
| RU2011112646A (ru) | Способ очистки элементарного бора | |
| RU2494837C1 (ru) | Способ очистки порошка титана от примеси кислорода | |
| JP2023107868A (ja) | 高純度マンガンの製造方法および高純度マンガン | |
| RU2610652C1 (ru) | Способ получения порошков ниобия | |
| RU2582414C1 (ru) | Способ получения порошков тантала | |
| CN103602836B (zh) | 一种固相下提纯粗稀土金属的方法 | |
| JPWO2017047709A1 (ja) | ラーベス相金属間化合物、金属間化合物を用いた触媒、及びアンモニア製造方法 | |
| JP5032040B2 (ja) | セレン化水素の製造方法 | |
| Kasimtsev et al. | Properties of the intermetallic phase Nb 3 Al prepared by a calcium hydride reduction process | |
| RU2507150C1 (ru) | Способ получения порошкообразного гидрида титана | |
| RU2465097C1 (ru) | Способ получения порошка тантала | |
| RU2764107C1 (ru) | Способ получения высокочистых комплексов 8-гидроксихинолина с металлами | |
| RU2545053C2 (ru) | Способ получения высокочистых алкоголятов алюминия | |
| CN108069407A (zh) | 一种绝氧气体的脱水除氧方法 | |
| RU2647073C1 (ru) | Способ получения порошков тантала | |
| JPH0526726B2 (ru) | ||
| CN113774241A (zh) | 一种镧铈合金的提纯方法 |