[发明专利]一种由钛精矿粉直接制备钛系合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种由钛精矿粉直接制备钛系合金的方法，属于金属钛合金制备工艺技术领域。

背景技术

我国是钛矿资源较丰富的国家，攀枝花地区蕴藏着丰富的钛资源，从攀枝花钒钛磁铁矿中回收钛铁矿成为我国钛原料的重要来源之一，国家对攀枝花钛资源综合利用的极大关注。钛精矿是提取钛产品(主要是钛白和海绵钛)的原料，提钛过程实质上是一个除杂提纯过程。而制取钛白和海绵钛的现行生产工艺都耗能高、污染大。现行利用攀枝花钛精矿的两条主流程为硫酸法流程和氯化法流程。无论是硫酸法工艺还是氯化法工艺，都未能有效解决污染、耗能、工序复杂等问题。

钛合金作为钛资源应用的一种重要形式有着巨大的市场潜力，但目前钛合金的生产工艺存在着制备工艺复杂、设备要求高、原料要求苛刻等缺点，导致其成本居高不下。钛合金现行生产工艺通常采用融炼法，原料为工业用纯金属。具体方法是：将按化学计量比准备好的钛以及合金金属元素混合，放置于充有氩气(隔绝空气)的电弧炉或电感应炉内熔融数次，直到组分分布均匀为止。有时还得对材料进行数小时高温处理，保证组分分布均匀。然后用X射线衍射器或其它分析手段检验材料结构及组分分布、材料组成。符合要求则将其粉碎至所需粒径，就得到了所需合金。

发明内容

本发明的目的是提供一种由钛精矿粉直接制备钛系合金的方法。

本发明一种由钛精矿粉直接制备钛系合金的方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：

a.首先将钛精矿粉进行球磨数小时，随后筛分得到颗粒较细且混合均匀的钛精矿粉；

b.在球磨得到的钛精矿细粉中加入1％～2％的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)粘结剂及适量酒精；混合均匀后，用粉末压样机将矿粉在3～6MPa压力下压制为圆片；

c.将上述压制圆压片放在1150℃的氧化性气氛中烧结2小时，以达到电解对阴极的孔隙率和强度的要求；

d.然后进入电解工艺过程；用压制圆片构成阴极，其构成阴极放式有两种：(1)用直径为0.2mm的钼丝将圆片缠绕于直径为1.5mm铝棒上制成阴极；(2)将烧结压制圆片直接放于不锈钢小坩埚内，整个不锈钢小坩埚没入电解池内的熔盐中，并用钼丝引出不锈钢小坩埚当作阴极；用固体透氧膜管(YSZ管)作为阳极，管内放有碳粉饱和的铜液；电解池盛放有CaCl₂作为熔盐电解质；

e.在电解过程中采用高纯氩气作为保护气体，采用的电解温度为1100℃，电解电压为3.5～4.0V，电解时间为2～6小时；

f.将上述电解过后所得阴极产物取出，用蒸馏水冲洗数次，低温烘干后即得钛系合金粉末。

本发明方法的原理是：利用透氧膜实现对氧离子迁移的控制，改变传统工艺，开发一种由金属氧化物矿粉直接制备合金的绿色冶炼新方法。将氧化物复合矿置于特定的熔盐体系中，可传导氧离子的固体透氧膜把阳极和熔融电解质隔离，因此参与阳极反应的阴离子只有氧离子。通过控制电极电位可保证特定金属离子在阴极选择性析出，参与电解反应的只是金属氧化物而非其它物质，故可直接从氧化物复合矿中提取金属及合金。

本发明方的优点和特点如下所述：

1)能够直接从矿粉熔盐电解制得钛合金粉末，极大地缩短传统钛合金冶炼工艺以及钛精矿的传统处理工艺的生产流程，并降低成本。

2)实验参数易控制；利用透氧膜实现对氧离子迁移的控制，改变传统工艺，只要透氧膜稳定，电解槽电压波动也不会导致熔盐中非氧化物的电离。

3)电解效率高；透氧膜的使用克服了传统熔盐电解对电压的限制，可以提高所施加的槽电压而大大提高电解效率。

4)绿色环保；整个过程中没有氯气放出，避免了污染的产生，是一种新型的无污染绿色冶金新技术。

5)通过高温熔盐电解能有效去除其杂质金属元素，获得较纯钛合金。

附图说明

图1为本发明方法的实验装置示意图。

图中各数字代号表示如下：

1-刚玉坩埚，2-熔融CaCl₂熔盐，3-钛精矿粉烧结压制圆片，4-不锈钢小坩埚，5-钼丝电极，6-碳饱和铜液，7-固体透氧膜管(YSZ)。

图2为本发明方法制备的钛系合金的XRD图谱。

图3为本发明方法制备钛系合金的时间电流曲线图。

图4为本发明方法制备的钛系合金的SEM微观照片。

图5为本发明方法制备的钛系合金的能谱分析结果。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后。

本实施例采用攀枝花产地的钛精矿粉，其各化学组成成分如下表1所示：

表1钛精矿粉的化学成分