本发明涉及一种氟钛酸钾铝热还原制备海绵钛 的方法， 尤其涉及一种 低成本高效率可连续化作业的氟钛酸钾铝热还 原制备海绵钛的方法。

背景技术

国内外已知的海绵钛生产工艺主要有金属热 还原法、 电解法、 直接热分解 法和导电体介入反应法等， 常用原料包括卤化钛（TiCl ₄ 、 Ti l ₄ )、 氧化钛 ( Ti0 ₂ )和钛化合物 （K ₂ TiF ₆ 、 Na ₂ TiF ₆ )等。 纵观海绵钛的各种生产工艺， 传统的四氯化钛镁热还原法（Krol l 法） 虽然已经成熟并工业化， 但工艺 复杂， 成本高， 并且污染环境， 限制了进一步的应用和推广。 氟钛酸钾金 属热还原法制备海绵钛的工艺， 是一种连续化低成本高效率的生产方法， 能有效解决传统工艺中的诸多问题， 在国内外只有少量报道， 至今没有成 功工业化的案例。

发明内容

为了解决以上技术问题， 本发明提供了一种氟钛酸钾铝热还原法制备 海绵钛的方法， 包括以下几个步骤：

反应步骤： 在真空的条件下， 将铝、 辞混合， 再与氟钛酸钾进行反应； 蒸馏步骤： 在真空状态下， 蒸去反应生成的 KF、 A1F ₃ 和 Zn;

冷却步骤： 保持真空状态， 焖炉冷却后得到海绵钛；

其中， 所述铝与辞的质量比为 1 : 2-1 : 10。

优选的， 所述反应步骤中反应温度为 800 °C。

优选的， 所述蒸馏步骤中蒸馏温度为 1 000 °C。

本发明还提供了另外一种氟钛酸钾铝热还原法 制备海绵钛的方法， 包 括以下几个步骤：

反应步骤： 在真空通氩气的条件下， 将铝、 镁混合， 再与氟钛酸钾进行 反应；

蒸馏步骤： 在真空状态下， 蒸馏的方法蒸去反应生成的 KF、 A1F ₃ 、 MgF ₂ 、

Mg;

冷却步骤： 保持真空状态， 焖炉冷却后得到海绵钛； 其中， 所述铝与镁的质量比为 1: 1-1: 10。

优选的， 所述反应步骤中反应温度为 750°C。

优选的， 所述蒸馏步骤中蒸馏温度为 1100°C。

本发明还提供了一种氟钛酸钾铝热还原法制备 海绵钛的方法， 包括以 下几个步骤：

反应步骤： 在真空通氩气的条件下， 将铝、 镁和辞混合， 再与氟钛酸 钾进行反应；

蒸馏步骤：在真空状态下，蒸馏的方法蒸去反 应生成的 KF、 A1F ₃ 、 MgF ₂ 、 Mg与 Zn;

冷却步骤： 保持真空状态， 焖炉冷却后得到海绵钛；

其中， 所述铝辞镁的质量比： 2: 8: 0.1-1: 4: 1。

优选的， 所述反应步骤中反应温度为 800°C。

优选的， 所述蒸馏步骤中蒸馏温度为 1100°C。

优选的， 所述冷却步骤中冷却的时间为 10小时。

优选的， 所述冷却步骤中冷却速率为 l°C/min。

本发明的有益效果是： 本发明采用以上技术方案， 与传统工艺相比， 工 艺流程短、 成本低、 并且环保无害， 海绵钛的还原率和产率可以与现有技 术媲美，并且最后生成的海绵钛可直接用于工 艺生产，进一步节约了资源， 节省了成本。

具体实施方式

下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细 说明：

方案 1: 以辞为基体， 氟钛酸钾用铝热还原法制备钛的方法： 所涉及到的方程式： 3K ₂ TiF ₆ +4Al = 3Ti+6KF+4AlF ₃

实施例 1: 真空条件下， 将 36克铝和 72克辞混合， 再与 240克的氟 钛酸钾在 800°C下进行反应；

真空状态下， 在 1000°C蒸馏掉以上反应生成的 KF、 A1F ₃ 和 Zn;

保持真空状态， 将产物焖炉冷却 10个小时， 冷却速率为 rC/min, 得 到海绵钛 54.01克； 产物中含钛量为 73.4%, 还原率为 82.6%。

实施例 2: 真空条件下， 将 36克铝和 144克辞混合， 再与 240克的氟 钛酸钾在 800°C下进行反应；

真空状态下， 在 1000°C蒸馏除去以上反应生成的 KF、 A1F ₃ 和 Zn; 保持真空状态， 将产物焖炉冷却 10个小时， 冷却速率为 rC/min, 得 到海绵钛 50.22克； 产物中含钛量为 90.8%, 还原率为 95% 实施例 3: 真空条件下， 将 36克铝和 216克辞混合， 再与 240克的氟 钛酸钾在 800°C下进行反应；

真空状态下， 在 1000°C蒸去以上反应生成 KF A1F ₃ 和 Zn;

保持真空状态， 将产物焖炉冷却 10个小时， 冷却速率为 rC/min, 得 到海绵钛 59.4克； 产物中含钛量为 70.7%, 还原率为 87.5%

实施例 4: 真空条件下， 将 40克铝和 160克辞混合， 再与 240克的氟 钛酸钾在 800°C下进行反应；

真空状态下， 在 1000°C蒸去以上反应生成的 KF A1F ₃ 和 Zn;

保持真空状态， 将产物焖炉冷却 10个小时， 冷却速率为 rC/min, 得 到海绵钛 48.39克； 产物中含钛量为 97%, 还原率为 97.8%

实施例 5: 真空条件下， 将 44克铝和 176克辞混合， 再与 240克的氟 钛酸钾在 800°C下进行反应；

真空状态下， 在 1000°C蒸去以上反应生成 KF A1F ₃ 和 Zn;

保持真空状态， 将产物焖炉冷却 10个小时， 冷却速率为 rC/min, 得 到海绵钛 48.29克； 产物中含钛量为 98.6%, 还原率为 99.2%

表 1: 蒸馏试验数据

还原率（％ ) = (实得海绵钛产物 X产物含 Ti量） /理论 Ti量 方案 2: 氟钛酸钾用铝-镁热还原方法制备海绵钛:

所涉及到的方程式：

3K ₂ TiF ₆ +4Al = 3Ti+6KF+4AlF ₃

K ₂ TiF ₆ +2Mg=Ti+2MgF ₂ +2KF 实施例 6: 真空通氩气的条件下， 将 36克铝和 21. 5克镁混合， 再与 240克的氟钛酸钾在 750 °C下进行反应；

真空状态下， 在 1100 °C蒸去以上反应生成 KF、 A1F ₃ 、 MgF ₂ 、 Mg;

保持真空状态， 将产物焖炉冷却 10个小时， 冷却速率为 rC /min, 得 到海绵钛 48. 93克; 产物中含钛量为 87. 5%, 还原率为 89. 2%。

实施例 7: 真空通氩气的条件下， 将 36克铝和 14. 5克镁混合， 再与 240克的氟钛酸钾在 750 °C下进行反应；

真空状态下， 在 1100 °C蒸去以上反应生成 KF、 A1F ₃ 、 MgF ₂ 、 Mg;

保持真空状态， 将产物焖炉冷却 10个小时， 冷却速率为 rC /min, 得 到海绵钛 47. 79克； 产物中含钛量为 92. 5%, 还原率为 92. 1%。

实施例 8: 真空通氩气的条件下， 将 36克铝和 7克镁混合， 再与 240 克氟钛酸钾在 750 °C下进行反应；

真空状态下， 在 1100 °C蒸去以上反应生成的 KF、 A1F ₃ 、 MgF ₂ 、 Mg; 保持真空状态， 将产物焖炉冷却 10个小时， 冷却速率为 rC /min, 得 到海绵钛 47. 56克； 产物中含钛量为 99. 2%, 还原率为 98. 3%。

实施例 9: 真空通氩气的条件下， 将 36克铝和 3. 5克镁混合， 再与 240克的氟钛酸钾在 750 °C下进行反应；

真空状态下， 在 1100 °C蒸去以上反应生成 KF、 A1F ₃ 、 MgF ₂ 、 Mg;

保持真空状态， 将产物焖炉冷却 10个小时， 冷却速率为 rC /min, 得 到海绵钛 50. 67克； 产物中含钛量为 91. 6%, 还原率为 96. 7%。

表 2: 蒸馏试验数据

方案 3: 以辞为基体， 氟钛酸钾用铝 -镁热还原制备方法

所涉及到的化学方程式：

3K ₂ TiF ₆ +4Al = 3Ti+6KF+4AlF ₃ K ₂ TiF ₆ +2Mg=Ti+2MgF ₂ +2KF

实施例 10: 真空通氩气的条件下， 将 36克铝、 36克镁， 以及 144克 辞混合， 再与 240克氟钛酸钾在 800 °C下进行反应；

真空状态下， 在 11 00 °C蒸去以上反应生成 KF、 A1F ₃ 、 MgF ₂ 、 Mg与 Zn; 保持真空状态， 将产物焖炉冷却 1 0个小时， 冷却速率为 rC /min, 得 到海绵钛 45. 12克; 产物中含钛量为 96. 5%, 还原率为 90. 7%。

实施例 11 : 真空通氩气的条件下， 将 36克铝、 18克镁， 以及 144克 锌混合， 再与 240克氟钛酸钾在 800 °C下进行反应；

真空状态下， 在 11 00 °C蒸去以上反应生成 KF、 A1F ₃ 、 MgF ₂ 、 Mg与 Zn; 保持真空状态， 将产物焖炉冷却 10个小时， 冷却速率为 rC /min, 得到海 绵钛 45. 45克； 产物中含钛量为 98%, 还原率为 92. 8%。

实施例 12: 真空通氩气的条件下， 将 36克铝、 9克镁， 以及 144克 锌混合， 再与 240克氟钛酸钾在 800 °C下进行反应；

真空状态下， 在 11 00 °C蒸去以上反应生成 KF、 A1F ₃ 、 MgF ₂ 、 Mg与 Zn; 保持真空状态， 将产物焖炉冷却 10个小时， 冷却速率为 rC /min, 得到海 绵钛 47. 9克； 产物中含钛量为 99. 5%, 还原率为 99. 3%。

实施例 13: 真空通氩气的条件下， 将 36克铝、 2克镁， 以及 144克辞 混合， 再与 240克氟钛酸钾在 800 °C下进行反应；

真空状态下， 在 1100 °C蒸去以上反应生成 KF、 A1F ₃ 、 MgF ₂ 、 Mg与 Zn; 保持真空状态， 将产物焖炉冷却 10个小时， 冷却速率为 rC /min , 得 到海绵钛 48. 29克； 产物中含钛量为 98. 9%, 还原率为 99. 5%。

表 3: 蒸馏试验数据

实施 原料加入量， g 理论 实得 产物 还原 例 K ₂ TiF ₆ Al Zn Mg Ti 海绵 含 Ti 率， ％ f , g 钛产 量， ％

物， g

10 240 36 144 36 48 45. 12 96. 5 90. 7

11 240 36 144 18 48 45. 45 98 92. 8

12 240 36 144 9 48 47. 9 99. 5 99. 3

1 3 240 36 144 2 48 48. 29 98. 9 99. 5 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明 所作的进一步详细说 明， 不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明 。 对于本发明所属技术 领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明构思的前提下， 还可以做出若 干筒单推演或替换， 都应当视为属于本发明的保护范围。