[发明专利]三氟化钛的制备

说明书

本发明涉及三氟化钛(TiF₃)的制备。

如WO 2006/079887A2所述，在用诸如Al、Mg、Na或Ca的还原剂进行还原后，TiF₃在制备金属Ti方面是一种优选的中间体。

本发明提供了高效廉价的制备三氟化钛的方法。

本申请人了解到，在WO 2006/079887A2中，TiF₃是由含钛原料例如钛铁矿(ilmenite)通过对(NH₄)₂TiF₆进行还原产生的。然而，这一方法需要将Ti(IV)用铝进行还原，因而是一种比本发明更为昂贵的方法。本发明所述的方法提供了将Ti(IV)还原至Ti(III)的廉价的方法。

在酸性条件下，过渡金属M及其合金能将Ti(IV)还原至Ti(III)，其中，M可为锰、铁、钴、镍或锌。进一步地讲，因为相比于钛，这些金属对于氟离子具有更低的亲合力，所以形成NH₄TiF₄或其他氟络合物而不受M的干扰是可能的。然而，所述M²⁺离子必须保持稳定以防止氧化和共沉淀。本申请人发现，所述金属的氧化和共沉淀可通过形成铵复盐(NH₄)₂MCl₄得以防止，所述铵复盐通过向所述还原溶液中加入NH₄Cl(每摩尔M²⁺约4.4mol)或(NH₄)₂SO₄(每摩尔M²⁺约2.2mol)形成。

本申请人发现，加入NH₄OH或NH₄F而产生的缓冲溶液使得所述还原溶液的pH稳定在4-5之间。假定在这些条件下，NH₄OH或NH₄F形成不常见的络合物NH₄TiF₄·NH₄OH或NH₄TiF₄·NH₄F，并从溶液沉淀出来。这一络合物即使在干燥后也保持稳定。然后，可以将所述M²⁺从这一络合物上洗去，从而得到能够分解产生TiF₃的纯净的前体。

本发明的第一方面提供了由含钛原料制备三氟化钛的方法，所述方法包括下列步骤：

由所述含钛原料产生Ti(IV)的氟化物溶液；

用过渡金属或所述过渡金属的合金将所述溶液中的Ti(IV)还原，从而产生含有Ti(III)的溶液，其中所述过渡金属选自锰、铁、钴、镍和锌；

向所述含有Ti(III)的溶液中加入含有铵的盐，以及氨或氟化铵之一或二者的混合物，从而产生沉淀；以及

将所述沉淀热解以产生三氟化钛。

上述金属都具有有利于将Ti(IV)还原至Ti(III)并在还原条件下产生M²⁺的氧化还原电势。在按上文所述比例加入NH₄Cl或(NH₄)₂SO₄后，它们还形成所述的铵复盐(NH₄)₂MCl₄。

可通过在HF水溶液中消化所述原料，由所述含钛原料产生Ti(IV)的溶液。所述含有铵的盐可为氯化铵。不受到理论的约束，本申请人相信所述沉淀分别是NH₄TiF₄·NH₄OH或NH₄TiF₄·NH₄F之一。

所述含钛原料可选自钛的氧化物、氢氧化物和硫酸盐(包括例如金红石、锐钛矿、板钛矿、假板钛矿(pseudo-brookite)和白钛石这些原料，均为含TiO₂的原料)以及钛渣(titaniferous slags)。钛渣是含TiO₂的原料，从钛铁矿的熔炼中大量产生。钛铁矿(FeTiO₃)也可用于本发明所述的方法，但会需要较大量的HF并且会产生较大量的副产物。

所述方法可包括用铁还原所述Ti(IV)。所述铁可为铁板、铁块、铁粉以及含铁的合金等形式。

所述HF水溶液的浓度可为约5-60％，优选为约10-30％，并且更优选为约15-25％。

本发明还提供了通过本文所述方法制备的三氟化钛。