[发明专利]制备钛的方法

说明书

技术领域

本发明涉及钛金属、钛合金以及钛化合物的制备。

背景技术

钛经常通过Hunter或Kroll方法由四氯化钛(TiCl₄)商业化制备。所述 方法包括钠或镁还原步骤。钛也曾通过用钠还原六氟钛酸钾(K₂TiF₆)、通 过电解还原二氧化钛(TiO₂)以及通过利用镁或钙还原TiO₂来制备。因此， 钛可以通过利用各种还原剂由各种含钛前体物来制备。

钛金属密度大约是钢的45％，然而，钛具有和钢相当的强度，并且它 具有优异的耐化学性。钛也是地球外壳中的第九丰富的元素。然而，尽管 它含量丰富而且具有优异的属性，但钛的全球市场仅是铝市场的1％，或仅 是不锈钢市场的0.1％。其中的原因是它的价格。仅仅有限的市场例如军事、 航空、和医药等市场能够承担使用钛的费用。钛金属如此昂贵的主要原因 是因为制备钛的前体物昂贵，以及因为在金属熔融、浇铸和锻造的过程中 由于氧化导致高损失。

发明内容

本发明提供制备钛、钛合金及其化合物的有效而且经济的方法。

根据本发明的第一个方面，提供了由含钛材料制备钛金属的方法，所 述方法包括如下步骤：

由含钛材料制备M″TiF₆溶液，

通过加入(M′)aXb从所述溶液中选择性地沉淀M′₂TiF₆，

其中：

M″为形成六氟钛酸盐的阳离子类型，

M′为选自铵和碱金属阳离子，

X为选自卤化物、硫酸盐、亚硝酸盐、醋酸盐和硝酸盐的阴离子，以 及

a和b为1或2；以及

利用所述选择性沉淀的M″₂TiF₆制备钛。

在硝酸盐的情况下，M″将是它的最高氧化态。

M″可以选自Fe²⁺，Mn²⁺，Zn²⁺，Mg²⁺，Cu²⁺，Ca²⁺，Sr²⁺，Ba²⁺，Co²⁺和Ni²⁺。

所述碱金属可以选自锂、钠和钾。优选地，M″TiF₆为FeTiF₆，而(M′)aXb 为NH₄Cl。

含钛材料可以选自钛铁矿、金红石、锐钛矿、钙钛矿、板钛矿、铁板 钛矿、榍石、白钛石和高钛渣。钛铁矿为FeTiO₃。金红石、锐钛矿、板钛 矿和白钛石都是天然生成的含TiO₂矿物。高钛渣是由精炼钛铁矿大量产生 的含TiO₂材料。榍石是CaTiSiO₅，钙钛矿是CaTiO₃。

当使用钛铁矿或钙钛矿之外的矿石的时候，Ti∶M″的比例要调整为1∶1 或更高，以便M″的摩尔数至少等于或高于Ti的摩尔数。这可以通过添加 Ti或添加M″实现。

因此，M″TiF₆可以是FeTiF₆，而FeTiF₆溶液可以通过利用含水HF 消化钛铁矿制备。

钛铁矿可以过量。HF的浓度可以为约5-60％，优选为约20-24％。

所述方法可以包括向在消化步骤中制备的溶液添加还原剂的步骤，以 将至少一些存在于溶液中的Fe(III)还原为Fe(II)。所述还原剂可以为金属 还原剂。所述金属可以选自例如铁屑或钢丝形式的Fe、Al、Zn、Cu、Mn 和Mg。

所述方法可以包括向消化步骤中制备的溶液添加固态的(M′)aXb。

所述方法可以包括利用重结晶纯化M″TiF₆的附加步骤。