本发明涉及一种以氟钛酸钠为原料制备海綿钛 的工艺方法， 尤其涉及 一种低成本高效率可连续化作业的以氟钛酸钠 为原料制备海綿钛的工艺方 法。

背景技术

国内外的海绵钛生产工艺主要是： 金属热还原法， 尤其是指利用金属 还原剂（R)与金属氧化物或氯化物（MX)的反应� ��备金属 M。 已经实现工业化 生产的钛冶金方法为镁热还原法（Krol 1法）和钠热还原法（H皿 ter法）。 因 为 Hunter法比 Krol l法生产成本高，所以目前在工业中广泛应用� �方法只 有 Krol l法。在克罗尔（Krol l)法中的主要工艺过程为： 锾锭经除氧化膜与 杂质之后， 置于反应器中加热熔化， 再通入四氯化钛（TiCl ₄ ) , 反应生成的 钛颗粒沉积， 生成的液态氯化镁通过渣口及时排出。 反应温度通常保持在 800 ~ 900 °C , 反应时间在几小时至几天之间。 最终产物中残留的金属镁与 氯化镁可用盐酸清洗除去， 也可在 900 °C下空蒸微除去， 并保持钛的高纯 度。 克罗尔法的缺点是成本较高， 生产周期较长， 并且污染环境， 限制了 进一步的应用和推广。 目前， 该工艺并没有根本的改变， 仍然是间歇式生 产， 未能实现生产的连续化。 发明内容

为了解决现有技术中成本高、 污染严重、 生产周期长的缺点， 本发明 提供了一种工艺化生产海绵钛的工艺方法：

方案 1： 氟钛酸钠用铝热还原法制备钛的方法：

所涉及到的方程式： 3Na ₂ TiF ₆ +4Al=3Ti+6NaF+4AlF ₃

方案 2: 氟钛酸钠用镁热还原方法制备海綿钛：

所涉及到的方程式：

Na ₂ TiF ₆ +2Mg=Ti+2MgF ₂ +2NaF

方案 3: 氟钛酸钠用铝 -镁热还原制备方法

所涉及到的化学方程式：

3Na ₂ TiF ₆ +4Al = 3Ti+6NaF+4AlF ₃ Na ₂ TiF ₆ +2Mg=Ti+2MgF ₂ +2NaF

由于原料中氟钛酸钠、 铝、 钹都为固体， 因此， 本发明设计制备海綿钛 的设备，所述制备海綿钛的设备包括：反应器 和带有搅拌装置的反应器盖， 所述反应器盖与所述反应器之间设置有密封圏 ； 所述反应器盖的侧面设置 有用于控制所述反应器盖升降的升降装置， 所述反应器盖上方还设置有密 闭的电阻炉， 所述电阻炉下方设置有阀门； 所述反应器盖上方设置有抽真 空管和充气管。

相应地， 本发明提供了一种以氟钛酸钠为原料制备海綿 钛的工艺方法， 该方法包括以下几个步骤：

步骤 A: 将铝放置在密闭的电阻炉中， 抽真空， 通惰性气体， 加热成铝 液；

步骤 B: 打开反应器盖， 加入适量的氟钛酸钠于反应器中， 盖上反应器 盖后， 检漏， 緩慢升温至 150°C后， 抽真空并持续再加热至 250°C;

步骤 C: 向反应器中通入惰性气体， 继续升温至 900°C, 搅拌均匀； 步骤 D: 开启阀门， 调节搅拌速度， 滴入铝液， 并控制反应的温度为 900-1000°C;

步骤 E: 打开反应器盖， 移出搅拌装置， 清除上层的 NaAlF ₄ ，得到海綿 钛。

本发明还提供了第二种以氟钛酸钠为原料制备 海绵钛的工艺方法，包括 以下几个步骤：

步骤 A' ： 将镁放置在密闭的电阻炉中， 抽真空， 通惰性气体， 加热成 镁液；

步骤 B' ： 打开反应器盖， 加入适量的氟钛酸钠于反应器中， 盖上反应 器盖后， 检漏， 緩慢升温至 150°C后， 抽真空并持续加热至 250°C;

步骤 C' ： 向反应器中通入惰性气体， 继续升温至 900°C;

步骤 D' ： 开启阀门， 调节搅拌速度， 滴入镁液， 并控制反应的温度为 900-1000°C;

步骤 E' ： 打开反应器盖， 移出搅拌装置， 清除上层的 NaF和 MgF ₂ ，得 到海绵钛。

优选的， 所述铝与镁的质量比为 1: 1-1: 10。

本发明还提供了第三种以氟钛酸钠为原料制备 海绵钛的工艺方法，包括 以下几个步骤：

步骤 A" ： 将铝和镁放置在密闭的电阻炉中， 抽真空， 通惰性气体， 加 热至生成'混合液；

步骤 B〃 ： 打开反应器盖， 加入适量的氟钛酸钠于反应器中， 盖上反应 器盖后， 检漏， 緩慢升温至 150°C后， 抽真空并持续加热至 250°C。

步骤 C" ： 向反应器中通入惰性气体， 继续升温至 90CTC;

步骤 D ： 开启阀门， 调节搅拌速度， 滴入混合液， 并控制反应的温度 为 900-1000°C;

步驟 E" ： 打开反应器盖， 移出搅拌装置， 清除上层的 NaAlF ₄ 、 NaF 和 MgF ₂ , 得到海綿钛。

优选的， 所述铝和镁的质量比为 18: 1-1: 1。

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， 海綿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： 氟钛酸钠用铝热还原法制备钛的方法：

所涉及到的方程式： 3Na ₂ TiF ₆ +4Al=3Ti+6NaF+4AlF ₃

实施例 1:

1.将 36克铝放置在密闭的电阻炉中， 抽真空， 通惰性气体， 加热成铝 液；

2.打开反应器盖，加入 240克的氟钛酸钠于反应器中，盖上反应器盖后 ， 检漏， 緩慢升温至 15CTC后， 抽真空并持续加热至 250°C。

3.向反应器中通入惰性气体， 继续升温至 900°C, 搅拌均匀；

4.开启阀门， 调节搅拌速度， 滴入铝液， 并控制反应的温度为 900-1000°C.

5.打开反应器盖， 移出搅拌装置， 清除上层的 NaAlF ₄ ， 得到海绵钛 45.01克； 产物中含钛量为 87.76%, 还原率为 82.3%。

实施例 2:

1.将 40克铝放置在密闭的电阻炉中， 抽真空， 通惰性气体， 加热成铝 液；

2.打开反应器盖，加入 240克的氟钛酸钠于反应器中，盖上反应器盖后 ， 检漏， 緩慢升温至 15CTC后， 抽真空， 再加热至 250°C。 3.向反应器中通入惰性气体， 继续升温至 900°C, 搅拌均匀；

4.开启阀门， 调节搅拌速度， 滴入铝液， 并控制反应的温度为 900-1000°C.

5.打开反应器盖， 移出搅拌装置， 清除上层的 NaAlF ₄ , 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 3:

1.将 44克铝放置在密闭的电阻炉中， 抽真空， 通惰性气体， 加热成铝 液；

2.打开反应器盖，加入 240克的氟钛酸钠于反应器中 ,盖上反应器盖后， 检漏， 緩慢升温至 后， 抽真空， 再加热至 250°C。

3.向反应器中通入惰性气体， 继续升温至 900°C， 搅拌均匀；

4.开启阀门， 调节搅拌速度， 滴入铝液， 并控制反应的温度为 900-1000°C.

5.打开反应器盖， 移出搅拌装置， 清除上层的 NaAlF ₄ , 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: 反应试验数据

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

所涉及到的方程式：

Na ₂ TiF ₆ +2Mg=Ti+2MgF ₂ +2NaF

实施例 4:

1.将镁放置在电阻炉中， 抽真空， 通惰性气体， 加热成镁液；

2.打开反应器盖，加入计算量的氟钛酸钠于反� ��器中，盖上反应器盖后 , 检漏， 緩慢升温至 15CTC后， 抽真空， 再加热至 250°C。

3.在反应器中通入惰性气体， 继续升温至 75(TC; 4.开启阀门， 调节搅拌速度， 滴入镁液， 并控制反应的温度为 900-1000°C.

5.打开反应器盖，移出搅拌装置，清除上层的 NaF和 MgF ₂ ， 得到海绵钛 47.56克； 产物中含钛量为 99.2%, 还原率为 98.3%。 表 2: 反应试验数据

方案 3: 氟钛酸钠用铝 -镁热还原制备方法

所涉及到的化学方程式：

3Na ₂ TiF ₆ +4Al = 3Ti+6NaF+4AlF ₃

Na ₂ TiF ₆ +2Mg=Ti+2MgF ₂ +2NaF

实施例 5:

1.将 36克铝和 36克镁放置在密闭的电阻炉中， 抽真空， 通惰性气体, 加热至生成混合液

2.打开反应器盖， 加入 240克氟钛酸钠于反应器中， 盖上反应器盖后， 检漏， 緩慢升温至 151TC后， 抽真空， 再加热至 250°C。

3.向反应器中通入惰性气体， 继续升温至 750°C;

4.开启阀门，调节速度，滴入混合液，并控制� ��应的温度为 900-1000°C.

5.打开反应器盖，移出搅拌装置，清除上层� �� NaAlF ₄ 、 NaF和 MgF ₂ , 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 6:

1.将 36克铝和 18克镇放置在封闭的电阻炉中， 抽真空， 通惰性气体， 力 p热至生成混合液；

2.打开反应器盖， 加入 240克氟钛酸钠于反应器中， 盖上反应器盖后， 检漏， 緩慢升温至 15CTC后， 抽真空， 再加热至 250°C;

3.向反应器中通入惰性气体， 继续升温至 750°C;

4.开启阀门，调节速度，滴入混合液，并控制� ��应的温度为 900- 1000°C;

5. 打开反应器盖， 移出搅拌装置， 清除上层的 NaAlF ₄ 、 NaF和 MgF ₂ , 得到海綿钛 45.45克； 产物中含钛量为 98%， 还原率为 92.8%。 1.将 36克铝和 9克镁放置在封闭的电阻炉中， 抽真空， 通惰性气体， 加热至生成混合液；

2.打开反应器盖，加入 240克的氟钛酸钠于反应器中，盖上反应器盖后 ， 检漏， 緩慢升温至 15CTC后， 抽真空， 再加热至 250°C

3.向反应器中通入惰性气体， 继续升温至 750°C;

4.开启阀门，调节速度，滴入混合液，并控制� ��应的温度为 900-1000°C.

5.打开反应器盖， 移出搅拌装置， 清除上层的 NaAlF ₄ NaF和 MgF ₂ 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 8:

1.将 36克铝和 2克鍈放置在封闭的电阻炉中， 抽真空， 通惰性气体， 加热至生成混合液

2.打开反应器盖， 加入 240克氟钛酸钠于反应器中， 盖上反应器盖后， 检漏， 緩慢升温至 15CTC后， 抽真空， 再加热至 250°C

3.向反应器中通入惰性气体， 继续升温至 900°C;

4.开启阀门， 调节搅拌速度， 滴入混合液， 并控制反应的温度为 900-1000°C;

5.打开反应器盖， 移出搅拌装置， 清除上层的 NaAlF ₄ NaF 和 MgF ₂ , 得到海綿钛 48.29克； 产物中含钛量为 98.9%, 还原率为 99.5% 表 3: 反应试验数据

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 干简单推演或替换， 都应当视为属于本发明的保护范围。