专利名称：一种制备海绵钛的工艺方法
技术领域：
本发明涉及一种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 氟钛酸钾用铝热还原法制备钛的方法 所涉及到的方程式3K2TiF6+4Al=3Ti+6KF+4AlF3 方案2 氟钛酸钾用镁热还原方法制备海绵钛
所涉及到的方程式 K2T iF6+2Mg=T i+2MgF2+2KF 方案3 氟钛酸钾用铝-镁热还原制备方法所涉及到的化学方程式 3K2TiF6+4Al=3Ti+6KF+4AlF3 K2T iF6+2Mg=T i+2MgF2+2KF
由于原料中氟钛酸钾、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，加入适量的氟钛酸钾于反应器中，盖上反应器盖后，检漏，缓慢
3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750°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750-850°C ；
步骤E 打开反应器盖，移出搅拌装置，清除上层的KAlF4,得到海绵钛。本发明还提供了第二种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，加入适量的氟钛酸钾于反应器中，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750°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750-850°C ；
步骤E'打开反应器盖，移出搅拌装置，清除上层的KF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，加入适量的氟钛酸钾于反应器中，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750°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750-850°C ； 步骤E"打开反应器盖，移出搅拌装置，清除上层的KA1F4、KF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 氟钛酸钾用铝热还原法制备钛的方法
所涉及到的方程式3K2TiF6+4Al=3Ti+6KF+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克的氟钛酸钾于反应器中，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750°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750-850°C.
5.打开反应器盖，移出搅拌装置，清除上层的KAlF4,得到海绵钛50.22克；产物中含钛量为90. 8%，还原率为95%。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克的氟钛酸钾于反应器中，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750°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750-850°C.
5.打开反应器盖，移出搅拌装置，清除上层的KAlF4,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克的氟钛酸钾于反应器中，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750°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750-850°C.
5.打开反应器盖，移出搅拌装置，清除上层的KAlF4,得到海绵钛48.29克；产物中含钛量为98. 6%，还原率为99. 21。表1 反应试验数据
m I^IiFxsl““ Hitiit, 实得海_钬 I mtr, [ ^fs
MiFt I II^产他 g 責，S
.^ ^^^ - - ^^ ^
1Ml40484g. 399791Λ
3 1 24Ρ [ 444|41,29 [ 91. f- [ 99.
还原率(％)=(实得海绵钛产物X产物含Ti量)/理论Ti量方案2 氟钛酸钾用镁热还原方法制备海绵钛
所涉及到的方程式 K2T iF6+2Mg=T i+2MgF2+2KF 实施例4
1.将镁放置在电阻炉中，抽真空，通惰性气体，加热成镁液；
2.打开反应器盖，加入计算量的氟钛酸钾于反应器中，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.在反应器中通入惰性气体，继续升温至750°C；
4.开启阀门，调节搅拌速度，滴入镁液，并控制反应的温度为750-850°C.
5.打开反应器盖，移出搅拌装置，清除上层的KF和MgF2,得到海绵钛47.56克；产物中含钛量为99. 2%，还原率为98. 3%。表2:反应试验数据
权利要求
1.一种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，加入适量的氟钛酸钾于反应器中，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750°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750-850°C ；步骤E 打开反应器盖，移出搅拌装置，清除上层的KAlF4,得到海绵钛。
2.一种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，加入适量的氟钛酸钾于反应器中，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750°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750-850°C ；步骤E'打开反应器盖，移出搅拌装置，清除上层的KF和MgF2,得到海绵钛。
3.一种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，加入适量的氟钛酸钾于反应器中，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750°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750-850°C ； 步骤E"打开反应器盖，移出搅拌装置，清除上层的KA1F4、KF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，加入适量的氟钛酸钾于反应器中，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750℃，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750-850℃；步骤E打开反应器盖，移出搅拌装置，清除上层的KAlF4,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C22B5/04GK102534261SQ20121001493
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