[发明专利]一种以高钛的铝钛合金为还原剂制备钛或钛铝合金的方法

说明书

技术领域

本发明属于钛冶金技术领域，特别涉及一种以高钛的铝钛合金为还原剂制备钛或钛铝合金的方法。

背景技术

钛作为一种极其优异的金属材料，在工程技术领域，特别是在航空航天领域和舰船工程领域得到了广泛的应用。但由于现行的生产金属钛的方法成本高，在生产过程中存在有腐蚀的气体和固体废物产生。因此，人们在不断地探索新的制钛方法，这些方法包括TiCl₄熔盐电解法，TiO₂阴极脱氧法，以及20世纪50年代国外科研人员提出的铝热还原K₂TiF₆、Na₂TiF₆制取金属钛及钛含量为0.1%~95%的钛铝合金（PatentNo.2837426）的方法，我国北京有色研究总院的王武育教授1996年也提出了采用Zn-Al复合还原剂还原氟钛酸钾制取海绵钛的实验研究，但最终以所得产品钛纯度较低告终。后来我国的陈学敏等人也以Na₂TiF₆为原料，以铝或铝锌，铝镁锌为还原剂制取金属钛的方法进行了研究（CN12534260A），但这些方法都不能解决产物金属钛和副产物冰晶石的纯度问题以及钛、铝的回收利用问题，最后导致这些工艺都不能在工业生产得到应用。

前不久我们开发的一种“两段铝热还原制取钛或钛铝合金并副产无钛冰晶石的方法”（CN104911376A），实现了铝热还原氟钛酸钠制取金属钛的技术进步，但是这种方法也存在着下列方面的问题和不足：

1.在该专利中，除无钛冰晶石副产物外，还存在着一种高钛的铝钛合金副产物。此副产物中钛的平均含量大于10%，它虽然可以作为一种商品出售，但其价值远低于该专利的产品——钛和钛铝合金的价值，又由于这种副产物的产量很大，一旦形成生产规模，其所产生的高钛的铝钛合金将大大超出市场需求；因此，这种高钛含量的铝钛合金并非是人们所期望得到的钛和钛铝合金。此外，将高钛的铝钛合金作为副产物，那么就意味着铝还原剂的利用率和钛或钛合金的生成率的降低，从而造成钛和钛铝合金生产成本的增加。

2.在该专利中的第一种工艺流程虽然没有高钛的铝钛合金副产物，但从物料平衡的角度分析，其第二段铝热还原所配入的铝量是要受到限制的，其配入的铝量不能大于第一段铝热还原氟钛酸钠对铝的理论需求量，这将导致第二段铝热还原得到的副产物冰晶石中的钛不能被完全地还原出来，从而使第二段铝热还原生成的冰晶石中的钛的含量较高，达不到铝电解所用冰晶石对钛杂质含量的质量要求。

3.在该专利中的第二段铝热还原过程中，由于采用真空还原技术，将会使生产成本增加。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种新的以高钛的铝钛合金为还原剂，还原氟化钠和氟钛酸钠或氟钛酸钠制取钛或钛铝合金的方法。本发明的技术方案如下：

一种以高钛的铝钛合金为还原剂制备钛或钛铝合金的方法，按照以下工艺步骤进行：

（1）将平均钛含量大于7wt%，小于25wt%的高钛的铝钛合金制成粒度为-2.0mm的固体粉末；

（2）将粒度为-2.0mm的高钛的铝钛合金粉与粒度为-1.0mm的氟钛酸钠或氟钛酸钠和氟化钠粉末按如下的反应式进行配料：

3Na₂TiF₆+nNaF+(3x+4)Al=3TiAl_x+(6+n)NaF+4AlF₃，5≥x≥0，10≥n≥0[1]；

Ti′+xAl′=Ti′Al′_x，5≥x≥0[2]；

3Na₂TiF₆+Al′′=2Na₃TiF₆+TiF₃+Al′′F₃[3]；