[发明专利]一种钛铝层状复合材料的选择性反应分离及回收方法

说明书

本发明提供一种钛铝层状复合材料的选择性反应分离及回收方法，其包括以下步骤：S1、将钛/铝层状复合材料表面进行表面处理；S2、将钛/铝层状复合材料放入密闭的反应器；S3、配置稀硫酸溶液，并将稀硫酸溶液注入反应器，保持稀硫酸溶液处于指定温度T；S4、组元钛与稀硫酸溶液接触反应后在组元钛表面上生成保护性氧化膜；S5、反应过程中持续收集释放的氢气并储存，直至钛/铝层状复合材料中的组元铝被完全溶解，组元钛被成功分离并取出回收；S6、向反应后的硫酸铝与稀硫酸的混合溶液中加入过量的单质铝完全反应成为硫酸铝溶液；S7、将硫酸铝溶液稀释或浓缩至所需浓度，注入储罐中储存，或将硫酸铝溶液注入固化床，完全固化，粉碎块状后包装。

技术领域

本发明涉及金属基复合材料领域，具体的涉及一种钛铝层状复合材料的选择性反应分离及回收方法。

背景技术

钛/铝复合材料兼备了钛的耐高温、耐腐蚀性和铝的低比重、高导热性的特点，在保证性能的同时显著降低构件重量和材料成本，可用于飞机发射导弹处点火区域的包覆材料，以确保机身对导弹尾焰高温冲击的防护能力。此外，在核电冷却器专用材料、各种化学反应容器、热交换器材料等诸多工业领域以及高端灶具等家具家电领域拥有广阔的应用前景，具有显著的经济效益和社会效益。

然而，随着钛/铝层状复合材料在现代工业中的广泛应用，生产生活中的废旧钛/铝层状复合材料的回收利用显得日益重要，而目前该领域研究严重滞后于复合材料制备技术的发展。为保证服役过程中产品的强度和稳定性，钛/铝层状复合材料的界面状态为具有高结合强度的冶金结合，因此要使钛、铝分离，实现贵金属钛的完整回收，具有较高难度。此外，钛/铝层状复合材料的结构形状复杂多样，且钛作为贵金属，在复合材料中所占的层厚比例较小，进一步增大了分离的难度。传统的机械分离法不仅能耗较高，劳动强度大，其分离效率也相对较低，因此亟待开发高效的回收方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛铝层状复合材料的选择性反应分离及回收方法，高效分离组元钛和组元铝，实现贵金属组元钛的回收和组元铝的再利用。

具体的，本发明提供一种钛铝层状复合材料的选择性反应分离及回收方法，其包括以下步骤：

S1、将钛/铝层状复合材料表面进行表面处理，静置或低温烘烤使钛/铝层状复合材料干燥；

S2、将钛/铝层状复合材料放入密闭的反应器，并将反应器内空气排净；

S3、配置稀硫酸溶液，并将稀硫酸溶液注入反应器，保持稀硫酸溶液处于指定温度T；

S4、组元钛与稀硫酸溶液接触反应后在组元钛表面上生成保护性氧化膜，保护组元钛不被稀硫酸溶液继续腐蚀，组元铝与稀硫酸溶液反应生成氢气和硫酸铝，反应方程式见下式；

2Al+3H₂SO₄＝Al₂(SO₄)₃+3H₂↑(1)

S5、反应过程中持续收集释放的氢气并储存，直至钛/铝层状复合材料中的组元铝被完全溶解，组元钛被成功分离并取出回收；

S6、向反应后的硫酸铝与稀硫酸的混合溶液中加入过量的单质铝完全反应成为硫酸铝溶液，并回收剩余的单质铝；

S7、当需要液体硫酸铝溶液时，将硫酸铝溶液稀释或浓缩至所需浓度，利用储存装置储存；当需要固体硫酸铝时，将硫酸铝溶液注入固化床，冷却直到完全固化，粉碎块状后包装。

优选地，所述步骤S1中的钛/铝层状复合材料中组元钛的原料为纯钛及其合金，组元铝的原料为纯铝及其合金。

优选地，所述步骤S3和步骤S4中的稀硫酸溶液的浓度为1％～5％，温度T为20-80℃。

优选地，所述步骤S6中加入的过量的单质铝为经表面清理的废旧铝材或切削铝屑。