[发明专利]一种二氧化钛还原制备金属钛的方法

说明书

本发明提供了一种二氧化钛还原制备金属钛的方法，其特征在于，包括以下步骤：配制NaCl‑KCl‑RECl₃混合熔盐，其中，RECl₃占混合熔盐质量的50%~80%；制备二氧化钛前驱体；将RE、二氧化钛前驱体以及混合熔盐混合后置于700℃~900℃的条件下反应17h~20h，得到含钛初产物以及含RE副产物；将含钛初产物在温度为850℃~1000℃，压力为0.1Pa～1Pa条件下真空蒸馏去除含钛初产物表面的熔盐，清洗，得到金属钛。本发明使用稀土金属作为还原剂，能够将产物金属钛中的氧含量控制在500ppm以下，能够制备含氧量低且纯度在99.0%以上的单质钛。

技术领域

本发明涉及金属材料制备技术领域，更具体地讲，涉及一种二氧化钛还原制备金属钛的方法。

背景技术

钛的熔点高，密度小，抗腐蚀性能好，是一种具有一系列优异性能的金属。

目前金属钛的制取，在工业上主要采用克劳尔法(Kroll法)。其过程首先是利用钛铁矿生产高钛渣，经过加碳氯化后得到四氯化钛，再采用镁金属还原制备海绵钛。该方法需要对原料进行氯化，对设备的要求较高，环境负荷重，过程复杂、生产周期长且无法连续作业使得钛的生产成本居高不下，严重制约了钛的大规模普及应用。

由于镁热还原法存在的上述缺陷，近年来由二氧化钛直接还原制取金属钛的工艺引起了研究者的广泛兴趣，尤其是剑桥大学发明的FFC工艺在国际上掀起了新的钛还原工艺研究热潮。FFC工艺是以熔盐为电解质，二氧化钛为阴极进行电解还原。该方法不需要对原料进行氯化而直接还原，相比于镁热还原法工艺流程更短，且没有污染物产生，绿色环保。但FFC工艺在电解制备钛的过程中，由于钛存在多种价态，四价钛、三价钛、二价钛之间不断氧化还原，造成电流空耗，电流效率很低，能耗消耗较大。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种二氧化钛还原制备金属钛的方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种二氧化钛还原制备金属钛的方法，包括以下步骤：配制NaCl-KCl-RECl₃混合熔盐，其中RECl₃占混合熔盐质量的50％～80％；制备二氧化钛前驱体；将RE、二氧化钛前驱体以及混合熔盐混合后置于700℃～900℃的条件下反应17h～20h，得到含钛初产物以及含RE副产物；将含钛初产物在温度为850℃～1000℃，压力为0.1Pa～1Pa条件下真空蒸馏，清洗，得到金属钛。

本发明利用RE(稀土金属)还原二氧化钛制备金属钛的原理为：

4/3 RE+TiO₂＝Ti+2/3RE₂O₃ (1)

RE₂O₃+RECl₃＝3REOCl (2)

根据氧化物的吉布斯自由能，稀土金属(RE)能够将二氧化钛还原为金属钛。在700℃～900℃的还原温度下，RE金属部分会溶解在熔盐中，与二氧化钛接触后发生氧化还原反应。生成的稀土氧化物再与熔盐中的RECl₃反应生成REOCl，RE₂O₃的持续反应能够促使反应(1)的化学平衡向右移动，促进了稀土金属对二氧化钛的还原，并且能够将还原产物金属钛中的氧含量控制在较低水平。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少包含以下中的至少一项：

(1)本发明使用稀土金属作为还原剂，能够将产物金属钛中的氧含量控制在500ppm以下，能够制备含氧量低且纯度在99.0％以上的单质钛。

(2)本发明的制备方法能够实现对稀土金属的完全回收循环再利用，能够节约资源，降低生产成本。