[发明专利]一种以钛复合矿为原料制备TiC·mTiO固溶体的方法

说明书

技术领域

本发明属于有色冶金领域，特别涉及一种从多种氧化钛复合矿制取TiC·mTiO固溶体的方法。

背景技术

钛及其合金具有密度小、耐腐蚀、耐高温等优异性能。世界钛工业正经历着以航空航天为主要市场的单一模式，向冶金、能源、交通、化工、生物医药等民用领域为重点发展的多元模式过渡。目前世界上能进行钛工业化生产的国家只有美国、日本、俄罗斯、中国等少数国家，钛的世界年总产量仅有十几万吨。但是由于钛的重大战略价值和在国民经济中的地位，钛将成为继铁、铝之后崛起的“第三金属”，21世纪将是钛的世纪。

随着世界钛工业的增长，我国钛工业也呈现快速发展的势头。但是，在这种高增长的势头下，海绵钛却成为制约钛加工的瓶颈。

当前工业化生产海绵钛的方法为镁热还原法(Kroll法)和钠热还原法(Hunter法)。因为Hunter法比Kroll法生产成本高，所以目前在工业中广泛应用的方法只有Kroll法。

世界钛工业经过几十年的发展，尽管对Kroll法和Hunter法进行了一系列的改进，但它们均是间歇操作，小的改进并不能大幅度降低钛的价格。因此应开发新的、低成本的连续化工艺才能从根本上解决高生产成本这一问题。为此，研究人员进行了大量的实验和研究。

2004年，北京科技大学的朱鸿民等人提出了以一种具有金属导电性的固溶体阳极TiO·mTiC直接电解制备纯钛的的方法(USTB钛冶金工艺)。它的主要特点为：以碳和二氧化钛或碳化钛和二氧化钛为原料，按化学反应计量混合为粉末，然后压制成型，在600～1600℃的温度范围内，真空反应制成具有金属导电性能的TiO·mTiC(0≤m≤1)阳极。然后以碱金属或碱土金属的卤化物熔盐为电解液，在400～1000℃温度下电解：电解过程中阳极所含的碳和氧形成碳氧化合物气体CO，CO₂气体或氧气放出，同时钛以低价离子形式进入熔盐并在阴极沉积得到纯钛。USTB工艺为低成本、无污染、连续化生产金属钛奠定了基础。然而着眼于低成本、大规模生产金属钛需要利用低品位的二氧化钛资源，并建立从矿物到产品的合理工艺路线。

发明内容

本发明的目的是基于一种具有金属导电性的固溶体阳极TiO·mTiC(0≤m≤1)直接电解制备纯钛的方法(USTB钛冶金工艺)，目的是以低品位氧化钛矿为原料，经过高温冶炼，湿法浸出处理，制备TiC·mTiO固溶体，从而为低成本、大规模生产金属钛提供了可行之路，使得USTB钛冶金工艺具有更广阔的工业应用前景。

一种以钛复合矿制备TiC·mTiO固溶体的方法，其特征在于：钛复合矿中钛氧化物含量范围为12～98％，全铁含量为0.2％至55％，其余为MgO、CaO、SiO₂、Al₂O₃等，其中MgO含量为0～8％，CaO含量为0～10％，SiO₂含量为0～10％，Al₂O₃含量为0～5％，其总和不超过20％，不同的原料配以不同含量的碳质物料。其中采用金红石精矿钛氧化物为92～98％，全铁含量为0.2％至6％，其余为MgO、CaO、SiO₂、Al₂O₃等杂质，碳质物料含碳量配比为金红石精矿重量的28～44％。高钛渣钛氧化物含量范围为60～98％，全铁含量范围为1％至30％，其余为MgO、CaO、SiO₂、Al₂O₃等杂质，碳质物料含碳量配比为高钛渣重量的15～60％。钛精矿、钛铁矿岩矿或钛铁矿砂矿钛氧化物含量范围为40～70％，全铁含量范围为35～50％，其余为MgO、CaO、SiO₂、Al₂O₃等杂质，碳质物料含碳量配比为钛精矿、钛铁矿岩矿或砂矿重量的15～45％。富钛铁精矿钛氧化物含量范围为12±3％，全铁含量范围为45～55％，其余为MgO、CaO、SiO2、Al₂O₃等杂质，碳质物料含碳量配比为富钛铁精矿重量的15～38％。按照上述配比将各种富钛物料与碳质物料均匀混合，在真空或惰性气体保护的条件下，于1000～2000℃的温度范围内加热，当温度恒定后，保温0.5～8小时，还原钛复合矿，得到富含TiC·mTiO的混合体或混合体与铁珠或铁块。