[发明专利]一种电弧熔炼法制备硼化钛的方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种电弧熔炼法制备硼化钛的方法。

背景技术

硼化钛(TiB₂)是一种性能优异的新型材料，具有熔点高(2980℃)、硬度大(莫氏硬度为9，显微硬度2.9GPa)和耐磨等有点，在颗粒增强复合材料、复合陶瓷材料、硬质合金等方面得到了广泛的应用；同时由于具有良好的导电性(常温下电导率为6.25×10⁵S·m^-1)、导热性以及耐腐蚀和抗氧化性等，在导电陶瓷材料和涂层保护等方面也受到重视。

近年来硼化钛最引人注目的用途是将其引入到传统的铝电解生产工艺中，主要是因为硼化钛具有优良的导电性，对铝液的润湿性优于对电解液的润湿性，对冰晶石-氧化铝熔体有很好的耐腐蚀性，对铝工业的技术改革意义巨大。在电解铝生产中采用涂覆了硼化钛阴极涂层的电解槽较同类型普通电解槽电流效率提高了1.2％，槽炉底电压降低0.23V，可以节约电能、提高生产效率、延长电解槽寿命，经济效益十分可观，同时对保护环境具有重要意义。

现有的硼化钛生产工艺有多种，一般都是产能低、能耗高、成本高的技术，限制了硼化钛在铝电解工业和其他工业的推广和应用，降低硼化钛的生产成本，实现大规模工业化生产是目前急需解决的问题。

发明内容

针对现有的硼化钛生产工艺存在的问题，本发明提供一种电弧熔炼法制备硼化钛的方法。

本发明的方法按以下步骤进行：

1、将二氧化钛粉、硼化物粉和碳质还原剂粉混合，混合比例按如下方式配制：碳质还原剂中碳含量为反应理论所需碳量的1.1～1.3倍，硼化物中硼含量为反应理论所需硼量的1.1～1.5倍，获得混合粉末。

反应理论所根据的反应式为

TiO₂+2B+2C＝TiB₂+2CO

2、将混合粉末置于球磨机或棒磨机中，启动球磨机或棒磨机在转数为10～120r/min的条件下混合至少2h，然后然后在温度为100～500℃条件下烘干1～3h。

3、将烘干后的混合粉末进行电弧冶炼，获得硼化钛。

上述方法获得的硼化钛为块状，经破碎研磨后，进行酸洗去除杂质，再浮选去除碳成分，然后洗涤、烘干后获得粉状硼化钛。

上述的二氧化钛粉的粒度≤100μm，硼化物粉的粒度≤100μm，碳质还原剂粉的粒度≤100μm。

上述的二氧化钛粉为锐钛矿型二氧化钛粉、金红石型二氧化钛粉和/或冶金级二氧化钛粉；二氧化钛粉中的TiO₂含量按重量百分比在90％以上。

上述的硼化物粉为碳化硼粉、氧化硼粉、硼酸粉、偏硼酸粉和/或硼酸铵粉。

上述的碳质还原剂粉为石焦油粉、焦炭粉、活性炭粉、碳黑粉、石墨粉和/或木炭粉。

本发明通过将硼化物、碳质还原剂和二氧化钛预先脱水处理，然后球磨混匀烘干，在电弧炉中冶炼，考虑到碳和硼的烧损，过量加入碳和硼成分。本发明的方法采用的原料来源广泛，利用电弧炉的能量集中，加热速度快，生产效率高的优点，使硼化钛的生产快速完成，大幅度降低了硼化钛的生产周期，降低了能耗和生产成本。同时本发明的生产方式还具有占地面积小、设备简单、投资少的优点，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例中电弧熔炼法制备硼化钛的方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明实施例中采用的锐钛矿型二氧化钛粉、金红石型二氧化钛粉和冶金级二氧化钛粉中TiO₂含量按重量百分比在90％以上。

本发明实施例中采用的碳化硼粉、氧化硼粉、硼酸粉、偏硼酸粉和硼酸铵粉的重量纯度均在98％以上。

本发明实施例中采用的石焦油粉、焦炭粉、活性炭粉、碳黑粉、石墨粉和木炭粉分别为工业级产品。

本发明实施例中采用的冶炼设备为电弧炉，操作电压为25～30V，电流为1000～1600A。

实施例1

将锐钛矿型二氧化钛粉碎至粒度≤100μm，获得二氧化钛粉，TiO₂含量按重量百分比98％。

将碳化硼粉碎至粒度≤100μm，获得硼化物粉。

将石油焦粉碎至粒度≤100μm，获得碳质还原剂粉。

将二氧化钛粉、硼化物粉和碳质还原剂粉混合，混合比例按如下方式配制：碳质还原剂中碳含量为反应理论所需碳量的1.3倍，硼化物中硼含量为反应理论所需硼量的1.5倍，获得混合粉末。