[发明专利]一种从四氯化钛制备低氧钛粉的方法

说明书

本发明提供一种从四氯化钛制备低氧钛粉的方法，所述方法以四氯化钛为原料，通过水解和煅烧制得二氧化钛前驱体，该二氧化钛前驱体经二次还原后可得到低氧钛粉；所述四氯化钛原料能够提供二氧化钛的钛源和湿法处理所需的盐酸，实现过程物料的有效衔接；且本发明的方法可通过过程工艺调控粉体形貌，有利于制备形貌更加规整的钛粉。

技术领域

本发明涉及化工冶金技术领域，尤其涉及一种从四氯化钛制备低氧钛粉的方法。

背景技术

钛及钛合金是重要的功能与结构材料，在航空航天、海洋船舶、化工能源、生物医疗等领域应用广泛，被赞誉为仅次于铁、铝的“第三金属”。但是，钛是典型的化学活泼金属，其强化学活泼性使得金属钛制备较常见金属难度大、代价高，其制备一直沿用1940年Kroll开发的高能耗/高成本的克劳尔法，严重制约了钛及钛合金的广泛应用。

海绵钛是现行所有钛金属相关产业的源头，主流Kroll法生产低氧含量的海绵钛依赖于以不含氧的精四氯化钛作为金属钛生产的前驱体，金属钛还原制备的关键反应为2Mg+四氯化钛＝2MgCl₂+Ti。Kroll法历经近80年的发展，生产工艺已高度系统化、集成化，但受限于其反应模式与产品分离方式，一直未能突破该法间歇生产方式及MgCl₂蒸馏分离能耗高(约占工艺能耗的70％)的缺陷。为此，研究者近几十年来开展了诸多的技术改进与新技术创新。大体上，这些方法采用的钛前驱体包括四氯化钛、二氧化钛、TiO_xC_y等，还原剂包括Na、Mg、Ca等。以四氯化钛为前驱体开展的改进方法旨在通过改变还原剂状态、还原反应分步操作等，将成熟的Kroll法由间歇生产改成连续生产。以二氧化钛或钛渣为前驱体时，因金属钛对氧的强亲和力，一般需采用强还原剂如Ca进行化学还原或采用电化学还原，反应后还原副产物的分离将采用湿法浸出，不再通过真空蒸馏。以TiO_xC_y或TiO_xC_yN_z为前驱体时，采用电解精炼的方式提钛，避免C、N等间隙杂质进入金属钛中。

不仅如此，金属钛制件的传统锻造、机械加工路线流程长、材料利用率低，而以钛粉末为原料的近终成形法可为一些形状复杂、特殊定制的钛制件替代加工方法，缩短加工流程、提高材料利用率，但高品质粉末原料的供应是关键。钛粉末的制备方法有多种，目前主流的钛粉生产方法为氢化-脱氢法(HDH)，氢化-脱氢法仍然是一种基于Kroll法生产的海绵钛进行深加工的方法，HDH粉形貌不规则，粉末纯度取决于原料纯度。雾化法是钛粉的另外一种制备方法，粉末纯度和球形度高，但雾化法细粉率低，需使用昂贵的棒材/丝材等深加工品作为原料，消耗大量的电和氩气，因此雾化粉成本较高。

近年来，活泼金属还原制钛粉得到发展，但一般后续处理需要与湿法相结合，利用商业新酸分离还原副产物来获得活泼金属，这将导致酸液消耗量大。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种从四氯化钛制备低氧钛粉的方法，所述方法中四氯化钛携带的Cl^-经水解后变成盐酸溶液，成为还原物料酸洗时所需要的酸，原料利用率高，盐酸可自产，而且该方法可制得形貌可控的低氧金属钛粉，应用前景广阔。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种从四氯化钛制备低氧钛粉的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)混合四氯化钛和含盐酸的溶液，得到含钛离子溶液，所述含钛离子溶液依次经水解和固液分离，得到固相钛酸和水解后液；

(2)所述固相钛酸经煅烧，得到二氧化钛；

(3)所述二氧化钛依次经第一还原剂进行第一还原和经第一湿法处理，得到含氧钛粉中间体；

(4)所述含氧钛粉中间体依次经第二还原剂进行第二还原和经第二湿法处理，得到低氧钛粉；