一种钛铁矿碳热-电解制备钛铁合金的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109913910A(43)申请公布日2019.06.21(21)申请号201910279908.3(22)申请日2019.04.08(71)申请人北京科技大学地址100083北京市海淀区学院路30号申请人北京理工大学(72)发明人焦树强王明涌蒲正浩焦汉东朱骏(74)专利代理机构北京市广友专利事务所有限责任公司11237代理人张仲波(51)Int.Cl.C25C3/28(2006.01)C25C3/34(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称一种钛铁矿碳热-电解制备钛铁合金的方法(57)摘要一种钛铁矿碳热-电解制备钛铁合金的方法，属于电化学冶金领域。将钛铁矿和还原剂碳按比例均匀混合后置于熔融氧化物电解质中；在电解质中钛铁矿经碳热还原得到铁水；以石墨或惰性电极为阳极，并将石墨棒或惰性金属棒插入铁水中作为阴极，采用恒电位或恒电流方法电解；电解后在阴极铁水上电化学沉积得到钛铁合金产物；待电解质中铁和钛的含量降低至一定的值之后，再次向电解质中添加钛铁矿和还原剂碳的混合物，进行下一次循环；待铁水中钛含量增加到一定的量，或达到所需钛铁合金比例时，通过坩埚底部的出铁口排出液态钛铁合金产物，继续下一次循环。本发明具有流程简短、操作简单、设备要求低，钛铁矿中钛元素回收率高，以及无废渣、废水，绿色、清洁的特点。CN109913910ACN109913910A权利要求书1/1页1.一种钛铁矿碳热-电解制备钛铁合金的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：将钛铁矿和还原剂碳按比例均匀混合后置于熔融氧化物电解质中；步骤二：在电解质中钛铁矿经碳热还原得到铁水；步骤三：以石墨或惰性电极为阳极，并将石墨棒或惰性金属棒作为阴极导电杆插入铁水中作为阴极，采用恒电位或恒电流方法电解；步骤四：电解一段时间后在阴极铁水上电化学沉积得到钛铁合金产物；步骤五：待电解质中铁和钛的含量降低至一定的值之后，再次向电解质中添加钛铁矿和还原剂碳的混合物，进行下一次循环；步骤六：待铁水中钛含量增加到一定的量，或达到所需钛铁合金比例时，通过坩埚底部的出铁口排出液态钛铁合金产物，继续下一次循环。2.如权利要求1所述一种钛铁矿碳热-电解制备钛铁合金的方法，其特征在于所述步骤一中还原剂碳主要为焦炭和煤；钛铁矿和还原剂的配比按照理论还原20-100％的铁元素计算；熔融氧化物电解质主要为CaO、Al2O3、BaO和MgO的混合物，同时添加1-20％的CaF用以降低电解质熔点、粘度，并提高电解质导电性；钛铁矿和还原剂混合料的添加量为电解质的5-50％。3.如权利要求1所述一种钛铁矿碳热-电解制备钛铁合金的方法，其特征在于所述步骤二中钛铁矿的碳热还原温度需要维持在1540-1800℃之间，以此实现铁水的制备，并当电解质中还原剂的消耗量＞95％时，开始电解工艺。4.如权利要求1所述一种钛铁矿碳热-电解制备钛铁合金的方法，其特征在于所述步骤四中电解的温度控制在1540-1800℃之间，以此维持产物钛铁合金为液相；电解的时间根据电解质中或铁水中钛元素含量而定，具体为：当电解质中钛元素含量低于0.01-1％或铁水中钛元素含量达到所需钛铁合金要求时停止电解。5.如权利要求1所述一种钛铁矿碳热-电解制备钛铁合金的方法，其特征在于所述步骤五中电解质中钛元素含量低于0.01-1％时停止电解，并从电解质中提出阳极和阴极导电杆，向电解质中添加钛铁矿和还原剂的混合料。6.如权利要求1所述一种钛铁矿碳热-电解制备钛铁合金的方法，其特征在于所述步骤六中铁水中钛元素的含量为1-80％或根据订制要求具体选择；同时，液态钛铁合金的收集需要在氩气保护中完成，待降至室温时收集入库。2CN109913910A说明书1/3页一种钛铁矿碳热-电解制备钛铁合金的方法技术领域[0001]本发明涉及一种钛铁矿碳热-电解提取钛铁合金的方法，属于电化学冶金领域，具体可实现钛铁合金的低成本、短流程、绿色清洁制备。背景技术[0002]铁钛合金具有高熔点、高硬度、高密度等特点，被广泛应用于储氢材料以及炼钢过程中的脱氧剂和合金添加剂。作为脱氧剂，钛铁合金的脱氧能力远远高于硅、锰等炼钢当中常见的脱氧剂。作为合金添加剂，钛铁合金中的钛元素可以和钢水中的碳元素结合形成稳定的化合物，从而固定住间隙碳元素，进而改善钢的性能。此外，在不锈钢的生产中，钛铁合金的加入可以减少晶间腐蚀，并提高不锈钢的焊接性能。作为储氢材料，其具有良好的应用前景。[0003]目前，钛铁合金的制备主要包含以下几种方法：(1)铝热还原方法(肖翔鸿等.铝热法冶炼高钛铁工艺试验[J].钢铁钒钛，2001(12)：47-51.)。该方法生产过程简单且工艺成熟，但在制备高钛铁合金时金属收得率低，由此造成了