[发明专利]一种利用高钛渣直接生产钛及钛合金的方法

说明书

本发明公开了一种利用高钛渣直接生产钛及钛合金的方法，所述方法是利用化学活性大于钛的单一活泼金属或多种活泼金属形成的混合物或多种活泼金属形成的合金、与高钛渣在高温下直接发生化学反应，所述高温是指能使反应体系中的单一活泼金属或多种活泼金属形成的混合物或多种活泼金属形成的合金、及高钛渣中至少一种能熔化的温度。本发明实现了直接由高钛渣生产钛及钛合金，省去了由高钛渣制备二氧化钛的过程，不仅生产工艺明显简化，节约了能耗，而且反应过程清洁环保，不存在污染问题，对实现低成本、清洁环保的工业化生产钛及钛合金具有显著价值。

技术领域

本发明是涉及一种利用高钛渣直接生产钛及钛合金的方法，属于金属材料制备技术领域。

背景技术

钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。钛和钛合金以其比重小，塑性好，比强度和热强性高，低温性能好，抗腐蚀性优良，以及同人体组织有良好的亲合性等优越性能，成为最重要的工程材料之一。近几十年以来，随着科技发展，钛和钛合金的作用显得越来越重要，在航天、航空、航海等部门它们是产业发展的基础材料、关键材料，在化工、石化、医疗、机械等行业它们也有重要作用。现在，钛和钛合金已大量用于制作导弹、火箭、飞船等航天器的壳体，飞机的壳体、机翼和发动机叶片，轮船、军舰、潜艇的壳体，海水淡化装置，化工反应器、管道、容器，人造牙齿、骨骼、关节、夹板，以及仪表、精密机械、高尔夫球头、眼镜框、钟表、首饰和装饰品等。此外，钛还用于制作超导材料、贮氢材料、吸气材料、压电材料和形状记忆合金等重要功能材料。

目前，金属钛的主流生产工艺为克罗尔(Kroll)工艺，主要是采用金属Mg还原TiCl₄工序、真空分离工序制造金属钛，该工艺由三部分组成：一是由含钛矿物质制取精TiCl₄；二是镁还原TiCl₄生产海绵钛的还原工序；三是真空蒸馏、提纯和镁的再生。在还原工序中，液态TiCl₄从反应器上方加入并流经熔融Mg发生还原，在反应器底部沉积得到海绵Ti；真空分离工序主要是除去其中夹杂的Mg单质和还原产物MgCl₂。虽然该工艺可制得高纯度的金属钛，但该工艺由于热还原过程长、工序复杂、不能连续生产等原因使钛生产成本居高不下，加之生产过程中的环境污染，大大制约了钛的广泛应用。又如中国专利局于2018年01月16日公布的专利申请号为201710711128.2、发明名称为《一种利用二氧化钛直接生产钛及钛合金的方法》，该专利技术是本发明人提供的一种生产二氧化钛的新方法，由于该专利技术必须要先生产二氧化钛才能实施所述方法，而二氧化钛生产过程本身会产生大量污染，需要消耗大量化学试剂，以致仍然存在生产成本高、不环保的问题。因此，本领域急需研发一种既可以大幅度降低生产成本，又清洁环保、易于实现工业化的生产钛及钛合金的方法。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明的目的是提供一种利用高钛渣直接生产钛及钛合金的方法，以实现低成本、清洁环保的工业化生产钛及钛合金。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种利用高钛渣直接生产钛及钛合金的方法，所述方法是利用化学活性大于钛的单一活泼金属或多种活泼金属形成的混合物或多种活泼金属形成的合金、与高钛渣在高温下直接发生化学反应，所述高温是指能使反应体系中的单一活泼金属或多种活泼金属形成的混合物或多种活泼金属形成的合金、及高钛渣中至少一种能熔化的温度。

钛是重要的国防和工业材料，一直是世界科技研究的重点。但由于高钛渣的钛和氧之间的化学键非常牢固，导致化学性质非常稳定，无法直接生成金属钛，利用高钛渣直接生成金属钛已经成为人类材料科学的世界难题。所以现在就只能采用金属镁还原四氯化钛，得到海绵金属钛。但四氯化钛的生产成本非常高，并且在生产过程中会产生严重的污染。本发明通过采用上述方法，首次破解了人类直接利用高钛渣生成金属钛的材料学的技术瓶颈。