[发明专利]由含钛高炉渣直接制备Ti5Si3高温合金的方法及其电解槽装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种由含钛高炉渣直接制备Ti₅Si₃高温合金的方法及其电解槽装置，属于金属钛合金制备工艺技术领域。

背景技术

我国是钛矿资源较丰富的国家，攀枝花地区蕴藏着丰富的钛资源，从攀枝花含钛高炉渣中回收钛组分成为我国钛资源综合利用的首要难题，国家对攀枝花钛资源的综合利用极大关注。含钛高炉渣是由于在高炉冶炼钛磁铁矿过程中，大量的钛组分富集于高炉渣中，形成TiO₂约为20％～25％的攀枝花含钛高炉渣。从渣中提取钛组分过程实质上是一个除杂提纯过程，如何从渣中经济而有效的提取金属钛或者其合金，从而有效解决污染、耗能、工序复杂等难题，成为近年来研究的重点和热点。国内外科技工作者在提钛技术方面进行了广泛的研究，如高温碳化低温氯化路线；利用含钛高炉渣中钙钛矿的结晶来选择性富集分离钛组分；利用酸碱处理化学分离含钛渣中钛组分等。但由于含钛高炉渣复杂的矿物组成给各种提钛技术带来了棘手的难题，以上各工艺都未能有效解决提钛过程中效率不高，工艺复杂等难题。本发明用固体透氧膜法直接处理含钛高炉渣，通过以熔融C_aCl₂为氧离子载体，直接抽取含钛高炉渣中氧，析出金属及合金。通过添加部分氧化钛作为合金钛组分制得Ti₅Si₃高温合金，并最终通过利用不同金属的熔点、密度等性质差异实现析出金属的分离收集。该方法具有流程短，工艺简单，能够充分提取含钛高炉渣中钛组分，产出率高，同时实现对不同金属的选择性分离并收集的优点。

近年来对于钛合金的开发和制备越来越受到关注，如何开发高端高性能的钛合金成为研究重点。Ti₅Si₃合金由于具有出色的物理化学性能而成为高温合金的关注重点，其高熔点(2403K)同时具有低密度(4.32g/cm³)使其在高温结构材料领域具有很大的潜力。但如何经济而有效的获得Ti₅Si₃高温合金，近年来国内外学者都在积极探索之中。所以，直接从含钛高炉渣制备Ti₅Si₃高温合金，不但有效解决低品位钛资源的钛组分提取难题，而且经济而有效的获得高温合金Ti₅Si₃。

发明内容

本发明的目的是提供一种由含钛高炉渣直接制备Ti₅Si₃高温合金的方法及其电解槽装置。

本发明由含钛高炉渣直接制备Ti₅Si₃高温合金的方法，其特征在于具有以下过程和步骤：

a.首先将含氧化钛(20％～30％/重量百分比)的高炉渣添加15％～30％(重量百分比)的TiO₂(TiO₂为提供部分Ti组分，化学计量比Ti∶Si＝5∶3)，同时加入1％～2％(重量百分比)的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)粘结剂，然后球磨5～10小时，随后筛分得到颗粒较细且混合均匀的含钛高炉渣与氧化钛细粉；

b.将球磨得到的混合物细粉用粉末压样机在10-15MPa压力下压制为圆片；

c.然后进入电解工艺过程；用压制圆片构成阴极，其构成阴极放式为：用细钼丝将圆片缠绕于钼棒上制成阴极；用固体透氧膜管(YSZ管)作为阳极，管内放有碳粉饱和的熔融锡液；电解池中盛放有CaCl₂作为熔盐电解质；

d.在电解过程中采用高纯氩气作为保护气体，采用的电解温度为950～1050℃，电解电压为3.5～4.0V，电解时间为1～8小时；

e.将上述电解过后所得阴极产物取出，用蒸馏水冲洗数次，低温烘干后即得Ti₅Si₃合金粉末。所述的由含钛高炉渣直接制备Ti₅Si₃高温合金的方法，粉末压片后不通过烧结而直接进入电解过程，从而进一步缩短流程并降低耗能。

所述的由含钛高炉渣直接制备Ti₅Si₃高温合金的方法，根据化学计量比加配适量的TiO₂提供钛组分，能够直接一步得到Ti₅Si₃高温合金粉末。