[发明专利]一种超亲氧金属-钙协同深度脱除金属钛中氧的方法

说明书

本发明公开了一种超亲氧金属‑钙协同深度脱除金属钛中氧的方法。该方法将超亲氧金属、无水氯化钙、钛原料、钙还原剂等物料填装在反应器的特定位置；通过蒸馏脱氧和拆卸清洗，可以将钛中的氧含量稳定降低至小于100ppm。超亲氧金属具有极强的氧亲和力，会将氯化钙熔盐中的氧固溶或形成氧化物从而创造极低的氧势，解决了深度脱氧的热力学问题；氯化钙熔盐具有良好的流动性以及对钙还原剂、氧化钙较大的溶解度，解决了脱氧的动力学问题。本发明通过将二者有机结合，实现了金属钛中氧深度、高效、稳定的脱除。本发明方法简单易行，对氧的脱除效果好，不会产生二次污染，产品满足靶材制造、光学镀膜、电子元件制造等领域的使用要求。

技术领域

本发明属于金属冶炼技术领域，特别涉及一种超亲氧金属-钙协同深度脱除金属钛中氧的方法。

背景技术

钛的密度小、强度高、无磁性、耐腐蚀、耐热、较易加工成型等优点，成为继铁、铝之后崛起的“第三金属”，因此有人预言21世纪将是钛的世纪。但是金属钛的物理化学性能对金属中的间隙原子如氧、碳、氮等非常敏感。由于钛本身的性质对这些气体杂质，特别是氧具有非常强的亲和力，因此，钛在冶炼、加工过程中非常容易夺取外界的氧造成其纯度下降。特别是钛的冷、热加工及焊接过程中氧非常容易进入钛内，从而显著降低其物理化学性能。目前，将Kroll法制备出的海绵钛采用电解精炼、碘化提纯、电子束熔炼、区域熔炼等工艺可以制备出钛纯度大于99.995％，氧含量小于100ppm的高纯钛，但是这些工艺存在金属收率低、处理能力小、能耗高、无法运用于已成型的钛材等问题，从而导致高纯钛的生产成本居高不下，限制了钛的应用。而在现有的专利和文献中鲜有报道能的简单有效解决上述问题的方法，因此，找到一种能够深度脱除金属钛中氧的方法对于提高这类钛材的生产合格率，拓展钛及其合金在尖端领域的应用具有重要意义。

近些年，随着冶金、材料工作者在这方面不断进行探索和尝试，逐渐形成一条使用金属Ca等活性金属对固态金属钛脱氧的新方法，取得的进展如下：

中国专利CN201811569164.0提出了一种基于Ca-CaCl₂体系的钙原位蒸馏-脱氧的方法。该方法将Ca的提纯和脱氧有机结合，在保证脱氧效果的同时降低了脱氧成本，同时引入CaCl₂熔盐体系一方面降低脱氧产物活度，另一方面改善脱氧反应的均匀性，从而可将钛的氧含量最低降至100ppm以下。该方法具有设备要求低，操作简单，能耗低，并且可以给已加工成型材料脱氧等优点，但存在的缺点是，CaCl₂对脱氧产物CaO的溶解度是有限的，随着脱氧过程的进行CaCl₂熔盐CaO的活度会逐渐增加，使脱氧能力逐渐变差，当达到溶解饱和时，CaO的热力学活度达到最大值1，变化转为Ca-CaO平衡脱氧，不利于深度脱氧，因此该方法的脱氧效果存在波动，适用于起始氧含量较低的钛原料。

通过对上述专利进行分析可以发现，使用金属Ca来进行脱氧，保证脱氧深度的关键是降低脱氧产物CaO的活度。根据已有文献报道，通过电解技术的引入可以将熔盐中的O^2-转化为CO_x，从而将氧的活度控制在较低水平，但是电解过程中会不可避免地产生Cl₂，同时也会造成碳的污染，限制了该方法的应用。

因此，亟待提供一种方法可以在不产生其他污染的前提下降低氧化钙的活度，实现氧的深度脱除。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种超亲氧金属-钙协同深度脱除金属钛中氧的方法，该方法进一步完善金属钛的钙脱氧技术，解决现有钙脱氧技术中氧化钙活度易升高、脱氧效果易波动的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种超亲氧金属-钙协同深度脱除金属钛中氧的方法，包括如下步骤：

1)物料装填：将超亲氧金属、无水氯化钙、钛原料投入密闭反应容器的钛坩埚内，将钙还原剂加入到所述密闭反应容器的钛坩埚与不锈钢坩埚的间隙中，然后将所述密闭反应容器密封；