专利名称：一种以氟钛酸钠为原料制备海绵钛的工艺方法
技术领域：
本发明涉及一种以氟钛酸钠为原料制备海绵钛的工艺方法，尤其涉及一种低成本高效率可连续化作业的以氟钛酸钠为原料制备海绵钛的工艺方法。
背景技术：
国内外的海绵钛生产工艺主要是金属热还原法，尤其是指利用金属还原剂(R) 与金属氧化物或氯化物(MX)的反应制备金属Μ。已经实现工业化生产的钛冶金方法为镁热还原法(Kroll法)和钠热还原法(Hunter法)。因为Hunter法比Kroll法生产成本高，所以目前在工业中广泛应用的方法只有Kroll法。在克罗尔(Kroll)法中的主要工艺过程为 镁锭经除氧化膜与杂质之后，置于反应器中加热熔化，再通入四氯化钛(TiCl4)，反应生成的钛颗粒沉积，生成的液态氯化镁通过渣口及时排出。反应温度通常保持在800 900°C， 反应时间在几小时至几天之间。最终产物中残留的金属镁与氯化镁可用盐酸清洗除去，也可在900°C下空蒸馏除去，并保持钛的高纯度。克罗尔法的缺点是成本较高，生产周期较长， 并且污染环境，限制了进一步的应用和推广。目前，该工艺并没有根本的改变，仍然是间歇式生产，未能实现生产的连续化。
发明内容
为了解决现有技术中成本高、污染严重、生产周期长的缺点，本发明提供了一种工艺化生产海绵钛的工艺方法
方案1 氟钛酸钠用铝热还原法制备钛的方法 所涉及到的方程式3Na2TiF6+4Al=3Ti+6NaF+4AlF3 方案2 氟钛酸钠用镁热还原方法制备海绵钛
所涉及到的方程式 Na2TiF6+2Mg=T i+2MgF2+2NaF 方案3 氟钛酸钠用铝-镁热还原制备方法所涉及到的化学方程式 3Na2TiF6+4Al=3Ti+6NaF+4AlF3 Na2TiF6+2Mg=T i+2MgF2+2NaF
由于原料中氟钛酸钠、铝、镁都为固体，因此，本发明设计制备海绵钛的设备，所述制备海绵钛的设备包括反应器和带有搅拌装置的反应器盖，所述反应器盖与所述反应器之间设置有密封圈；所述反应器盖的侧面设置有用于控制所述反应器盖升降的升降装置，所述反应器盖上方还设置有密闭的电阻炉，所述电阻炉下方设置有阀门；所述反应器盖上方设置有抽真空管和充气管。相应地，本发明提供了一种以氟钛酸钠为原料制备海绵钛的工艺方法，该方法包括以下几个步骤
步骤A 将铝放置在密闭的电阻炉中，抽真空，通惰性气体，加热成铝液；步骤B 打开反应器盖，加入适量的氟钛酸钠于反应器中，盖上反应器盖后，检漏，缓慢升温至150°C后，抽真空并持续再加热至250°C ；
步骤C 向反应器中通入惰性气体，继续升温至900°C，搅拌均勻；
步骤D 开启阀门，调节搅拌速度，滴入铝液，并控制反应的温度为900-1000°C ；
步骤E 打开反应器盖，移出搅拌装置，清除上层的NaAlF4,得到海绵钛。本发明还提供了第二种以氟钛酸钠为原料制备海绵钛的工艺方法，包括以下几个步骤
步骤A'将镁放置在密闭的电阻炉中，抽真空，通惰性气体，加热成镁液； 步骤B'打开反应器盖，加入适量的氟钛酸钠于反应器中，盖上反应器盖后，检漏，缓慢升温至150°C后，抽真空并持续加热至250°C ；
步骤C'向反应器中通入惰性气体，继续升温至900°C ；
步骤D'开启阀门，调节搅拌速度，滴入镁液，并控制反应的温度为900-1000°C ；
步骤E'打开反应器盖，移出搅拌装置，清除上层的NaF和MgF2,得到海绵钛。优选的，所述铝与镁的质量比为1:1-1:10。本发明还提供了第三种以氟钛酸钠为原料制备海绵钛的工艺方法，包括以下几个步骤
步骤A"将铝和镁放置在密闭的电阻炉中，抽真空，通惰性气体，加热至生成混合液； 步骤B"打开反应器盖，加入适量的氟钛酸钠于反应器中，盖上反应器盖后，检漏，缓慢升温至150°C后，抽真空并持续加热至250°C。步骤C"向反应器中通入惰性气体，继续升温至900°C ；
步骤D"开启阀门，调节搅拌速度，滴入混合液，并控制反应的温度为900-1000°C ； 步骤E"打开反应器盖，移出搅拌装置，清除上层的NaAlF4、NaF和MgF2,得到海绵钛。优选的，所述铝和镁的质量比为18:1-1: 1。本发明的有益效果是本发明采用以上技术方案，与传统工艺相比，工艺流程短、 成本低、并且环保无害，海绵钛的还原率和产率可以与现有技术媲美，并且最后生成的海绵钛可直接用于工艺生产，进一步节约了资源，节省了成本。
具体实施例方式下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明 方案1 氟钛酸钠用铝热还原法制备钛的方法
所涉及到的方程式3Na2TiF6+4Al=3Ti+6NaF+4AlF3 实施例1
1.将36克铝放置在密闭的电阻炉中，抽真空，通惰性气体，加热成铝液；
2.打开反应器盖，加入240克的氟钛酸钠于反应器中，盖上反应器盖后，检漏，缓慢升温至150°C后，抽真空并持续加热至250°C ；
3.向反应器中通入惰性气体，继续升温至900°C，搅拌均勻；
4.开启阀门，调节搅拌速度，滴入铝液，并控制反应的温度为900-1000°C.
5.打开反应器盖，移出搅拌装置，清除上层的NaAlF4,得到海绵钛45.01克；产物中含钛量为87. 76%，还原率为82. 3%。
实施例2:
1.将40克铝放置在密闭的电阻炉中，抽真空，通惰性气体，加热成铝液；
2.打开反应器盖，加入240克的氟钛酸钠于反应器中，盖上反应器盖后，检漏，缓慢升温至150°C后，抽真空，再加热至250°C ；
3.向反应器中通入惰性气体，继续升温至900°C，搅拌均勻；
4.开启阀门，调节搅拌速度，滴入铝液，并控制反应的温度为900-1000°C.
5.打开反应器盖，移出搅拌装置，清除上层的NaAlF4,得到海绵钛48.39克；产物中含钛量为97%，还原率为97. 8%。实施例3:
1.将44克铝放置在密闭的电阻炉中，抽真空，通惰性气体，加热成铝液；
2.打开反应器盖，加入240克的氟钛酸钠于反应器中，盖上反应器盖后，检漏，缓慢升温至150°C后，抽真空，再加热至250°C ；
3.向反应器中通入惰性气体，继续升温至900°C，搅拌均勻；
4.开启阀门，调节搅拌速度，滴入铝液，并控制反应的温度为900-1000°C.
5.打开反应器盖，移出搅拌装置，清除上层的NaAlF4,得到海绵钛48.四克；产物中含钛量为98. 6%，还原率为99. 2%。表1 反应试验数据
权利要求
1.一种以氟钛酸钠为原料制备海绵钛的工艺方法，其特征在于，所述制备海绵钛的设备包括反应器和带有搅拌装置的反应器盖，所述反应器盖与所述反应器之间设置有密封圈；所述反应器盖的侧面设置有用于控制所述反应器盖升降的升降装置，所述反应器盖上方还设置有密闭的电阻炉，所述电阻炉下方设置有阀门；所述反应器盖上方设置有抽真空管和充气管；该方法包括以下几个步骤步骤A 将铝放置在密闭的电阻炉中，抽真空，通惰性气体，加热成铝液； 步骤B 打开反应器盖，加入适量的氟钛酸钠于反应器中，盖上反应器盖后，检漏，缓慢升温至150°C后，抽真空并持续再加热至250°C ；步骤C 向反应器中通入惰性气体，继续升温至900°C，搅拌均勻；步骤D 开启阀门，调节搅拌速度，滴入铝液，并控制反应的温度为900-1000°C ；步骤E 打开反应器盖，移出搅拌装置，清除上层的NaAlF4,得到海绵钛。
2.一种以氟钛酸钠为原料制备海绵钛的工艺方法，其特征在于，所述制备海绵钛的设备包括反应器和带有搅拌装置的反应器盖，所述反应器盖与所述反应器之间设置有密封圈；所述反应器盖的侧面设置有用于控制所述反应器盖升降的升降装置，所述反应器盖上方还设置有密闭的电阻炉，所述电阻炉下方设置有阀门；所述反应器盖上方设置有抽真空管和充气管；该方法包括以下几个步骤步骤A'将镁放置在密闭的电阻炉中，抽真空，通惰性气体，加热成镁液； 步骤B'打开反应器盖，加入适量的氟钛酸钠于反应器中，盖上反应器盖后，检漏，缓慢升温至150°C后，抽真空并持续加热至250°C ；步骤C'向反应器中通入惰性气体，继续升温至900°C ；步骤D'开启阀门，调节搅拌速度，滴入镁液，并控制反应的温度为900-1000°C ；步骤E'打开反应器盖，移出搅拌装置，清除上层的NaF和MgF2,得到海绵钛。
3.一种以氟钛酸钠为原料制备海绵钛的工艺方法，其特征在于，所述制备海绵钛的设备包括反应器和带有搅拌装置的反应器盖，所述反应器盖与所述反应器之间设置有密封圈；所述反应器盖的侧面设置有用于控制所述反应器盖升降的升降装置，所述反应器盖上方还设置有密闭的电阻炉，所述电阻炉下方设置有阀门；所述反应器盖上方设置有抽真空管和充气管；该方法包括以下几个步骤步骤A"将铝和镁放置在密闭的电阻炉中，抽真空，通惰性气体，加热至生成混合液； 步骤B"打开反应器盖，加入适量的氟钛酸钠于反应器中，盖上反应器盖后，检漏，缓慢升温至150°C后，抽真空并持续加热至250°C ；步骤C"向反应器中通入惰性气体，继续升温至900°C ；步骤D"开启阀门，调节搅拌速度，滴入混合液，并控制反应的温度为900-1000°C ； 步骤E"打开反应器盖，移出搅拌装置，清除上层的NaAlF4、NaF和MgF2,得到海绵钛。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述铝和镁的质量比为18:1-1:1。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤D中滴入铝液的时间为4小时。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤D中滴入镁液的时间为4小时。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤D中滴入混合液的时间为4小时。
8.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述搅拌速度为60r/ min0
全文摘要
本发明提供一种以氟钛酸钠为原料制备海绵钛的工艺方法，该方法包括以下几个步骤步骤A将铝放置在密闭的电阻炉中，抽真空，通惰性气体，加热成铝液；步骤B打开反应器盖，加入适量的氟钛酸钠于反应器中，盖上反应器盖后，检漏，缓慢升温至150℃后，抽真空并持续加热至250℃；步骤C向反应器中通入惰性气体，继续升温至900℃，搅拌均匀；步骤D开启阀门，调节搅拌速度，滴入铝液，并控制反应的温度为900-1000℃；步骤E打开反应器盖，移出搅拌装置，清除上层的NaAlF4,得到海绵钛。本发明的有益效果是工艺流程短、成本低、并且环保无害，最后生成的海绵钛可直接用于工艺生产，进一步节约了资源，节省了成本。
文档编号C22B34/12GK102534260SQ201210014899
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月18日 优先权日2012年1月18日
发明者周志, 杨军, 陈学敏 申请人:深圳市新星轻合金材料股份有限公司