[发明专利]一种利用工业废钛制备低氧高纯钛粉的方法

说明书

一种利用工业废钛制备低氧高纯钛粉的方法，属于有色金属领域。工艺步骤如下：A、预处理：对工业废钛进行预处理，去除表面各类污染；B、熔铸成型：在惰性气氛保护下，将工业废钛熔化并搅拌静置一段时间后，浇铸制备成钛阳极板；C、熔盐电解：以钛阳极板为阳极，金属镍或金属钛或碳钢为阴极，在含低价钛离子的熔盐中进行恒电流或脉冲恒电流电解；D、电解产物处理及包装：电解结束后，取出阴极产物，经酸洗、水洗、真空干燥后，于手套箱中充氩包装，即可获得低氧高纯钛粉。本发明通过调节低价钛离子浓度、阴极电流密度、电解时间，再配合真空干燥并在手套箱中进行包装，可得低氧高纯钛粉，具有工艺流程短、操作简便、能耗和成本低廉、废钛回收利用率高等特点。

技术领域

本发明属于有色金属冶金及粉末冶金工艺中制粉技术领域，具体涉及一种利用工业废钛制备低氧高纯钛粉的方法。

背景技术

金属钛因其优异的理化性质，广泛应用于航空航天、大规模和超大规模集成电路、数据储存、太阳能光伏电池、平面显示等高端微电子领域以及医疗植入领域。近年来，随着航空航天、电子信息等高科技产业的快速发展，高纯钛的用量与日俱增。但目前全球钛的产量却有限(全球年产不足20万吨)，且价格居高不下。因此，如何有效利用现有钛资源成为日益突出的一大问题。

通常，钛金属在机加工过程中大约会产生10～20％的机加工废料，而因为钛金属、钛合金制品的退役带来的废钛更是难以计数。据不完全统计，一次钛金属约65％，可以经过回收处理而进行二次利用。从可持续发展的角度而言，回收废钛料进行二次利用具有非常重大的意义。

目前国内对废钛的回收处理方法是将废钛按牌号分开，使用电子束或者其他熔炼设备进行回炉重熔，制备成钛锭。由于电子束熔炼比较容易去除气体杂质，而对于重金属杂质的去除效果不佳，所以这种方法对废钛原料的成分要求较高，一般用于处理工业纯钛或者钛合金，而且得到的二次钛产品纯度跟废钛原料的纯度关系很大，也不能充分体现金属钛的价值。

钛粉是指颗粒尺寸小于1000μm的金属钛颗粒群，既具有Ti的理化性质，又具有粉末的优良特性，是用作粉末冶金制取钛零配件的原料。钛粉的纯度，尤其是其中的氧含量，对其粉末冶金产品极为重要。低氧钛粉能够有效提高材料的韧性，并提升材料烧结性能，让材料在较低的烧结温度下达到更好的烧结效果。此外，钛粉还广泛用作铸铝细化剂、吸气剂、金属构件表面改质剂、生产钛化合物的原料等。因此，如果能以工业废钛为原料制备低氧高纯钛粉，不仅能实现金属钛的循环利用，而且还能大大降低钛粉成本，带来极高的附加值。而如何控制钛粉中的杂质含量，尤其是氧含量，成为制备低氧高纯钛粉的重点和难点。

目前国内外制取钛粉的方法很多，主要有机械球磨法、氢化脱氢法、气雾化/旋转电极法、金属热还原法和熔盐电解法。机械球磨法是将金属颗粒放入高能球磨机中，经长时间机械球磨而获得粉末，其产品质量，尤其是含氧量很难保证，而且无法实现大规模量产。氢化脱氢法是利用金属钛与氢气的可逆反应特性制备钛粉，金属钛吸氢后产生脆性，经机械破碎制成氢化钛粉，再在高真空条件下高温脱氢，从而获得钛粉。这种方法所制备钛粉中O、N含量较高，而且钛粉的粒径不易控制。气雾化/旋转电极法是将液态金属流通过气雾化或旋转离心的方式破碎成微小熔滴，随后在惰性气氛环境中冷却凝固得到金属粉末，采用此法生产的钛粉成本高，而且氧含量也不易控制。金属热还原法主要有镁热还原法(即Kroll法工艺)，其原理是将TiCl₄液体与熔融金属镁在高温下反应制备金属钛粉，由于该反应释放的反应热极大，温度不易控制，生成的钛粉极易长大甚至团聚结块，因此难以直接制备粒径在1000μm以下的钛粉，而且由于原料TiCl₄和金属镁的纯度问题，该方法制备出来的钛粉纯度也较低，一般在99.8％以下，而且钛粉产品的氧含量也偏高。