Медный порошок для очистки технического тетрахлорида титана от примеси окситрихлорида ванадия
COPPER POWDER FOR PURIFICATION OF TECHNICAL TITANIUM TETRACHLORIDE FROM VANADIUM OXYTRICHLORIDE IMPURITY

Изобретение относится к области металлургии, а именно к медным порошкам, предназначенным для очистки от примесей технического тетрахлорида титана, используемого в производстве титана.
Известен медный порошок ПМС-1 ГОСТ 4960-2017 с дендритной формой частиц при их номинальной величине 100 мкм. Порошок получают электролитическим методом. Дендритная форма частиц является причиной их агломерации ввиду заклинивания и переплетения выступов и ответвлений (https://helpiks.org/6-16169.html). Благодаря агломерации частиц уменьшается их активная поверхность, что и обуславливает недостаток порошка ПМС-1, как реагента в процессе очистки от примесей технического тетрахлорида титана, несмотря на высокое содержание в нем мелких фракций.
Известно, что для производства проводящих паст, смазок и покрытий используют медные пудры, полученные путем измельчения с жировыми добавками. Так, например, медная пудра ПМС, изготавливаемая путем измельчения меди с жировыми добавками в соответствии ТУ 48-21-729-82 (http://tdzocm.ru/media/pages/36/tu-na-pudru-pms.pdf), имеет следующую степень измельчения: фракция с размером частиц от 45 мкм и менее составляет не менее 99%. Пудра ПМС предназначена для производства смазок. В US 4884754 описана медная пудра со средним размером частиц 10 мкм, используемая для производства проводящих паст. Однако при длительной механической обработке частиц в них уменьшается содержание меди за счет попадания в их структуру железа с футеровочных плит и шаров мельницы, а также за счет жиров. Поэтому ультрадисперсные медные пудры не пригодны для очистки технического тетрахлорида титана.
Известна пудра медная ПМР ТУ 48-21-282-73 (http://tdzocm.ru/media/pages/35/tu-na-pudru-pmr.pdf), получаемая путем измельчения меди с жирами. Степень измельчения: фракция с размером частиц от 315 мкм и менее составляет не менее 92%. Указанная медная пудра используется как реагент для очистки технического тетрахлорида титана от примеси окситрихлорида ванадия при производстве титана. Однако она обеспечивает относительно невысокую степень очистки.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является медный порошок для очистки технического тетрахлорида титана от примеси окситрихлорида ванадия, полученный размельчением в шаровой мельнице, содержащий частицы длиной от 315 мкм и менее с отношением длины к ширине 1,5-2,7, покрытые стеарином (RU 90367 U1 - прототип).
3
2
Толщина частиц порошка-прототипа составляет 3-5 мкм. Согласно описанной в RU 90367 технологии получения медного порошка, после проведенной сепарации остаток на сетке фракции размером более 315 мкм составляет не более 8% (обычно 5,5-7,5%), его направляют на дальнейшее размалывание. Порошок-прототип используют для очистки технического тетрахлорида титана от примеси окситрихлорида ванадияа при производстве титана. Растворенный окситрихлорид ванадия, содержащийся в тетрахлориде титана, при взаимодействии с медным реагентом образует соединения ванадия и меди, выпадающие в осадок: VOCl+Cu=↓VOCl+↓CuCl.
Порошок-прототип обеспечивает недостаточно высокую степень очистки технического тетрахлорида титана.
При разработке предлагаемого изобретения решалась техническая проблема, заключающаяся в создании более эффективного медного реагента для очистки от примесей технического тетрахлорида титана.
Обеспечиваемым изобретением техническим результатом является повышение степени очистки технического тетрахлорида титана от примеси окситрихлорида ванадия при одновременном снижении энергозатрат на производства медного порошка.
Указанный технический результат достигается тем, что медный порошок для очистки технического тетрахлорида титана от примеси окситрихлорида ванадия, полученный размельчением в шаровой мельнице, содержащий частицы длиной от 315 мкм и менее с отношением длины к ширине 1,5-2,7, покрытые стеарином, дополнительно содержит фракцию частиц длиной от более 315 мкм до 1050 мкм включительно в количестве 10-30% от массы порошка, причем толщина частиц составляет 4-9 мкм.
Как показано в описании к патенту RU 90367 U1, использование полученного в шаровой мельнице медного порошка, содержащего частицы длиной от 315 мкм и менее с отношением длины к ширине 1,5-2,7 и покрытых стеарином, способствует более полному прохождению процесса очистки технического тетрахлорида титана. Однако при проведении исследований, целью которых являлось снижение энергозатрат путем сокращения времени размола в шаровой мельнице медного порошка, предназначенного для очистки технического тетрахлорида титана, неожиданно было обнаружено, что увеличение содержания в порошке крупной фракции ведет не к снижению, а наоборот к увеличению степени очистки. Было установлено, что степень очистки тетрахлорида титана возрастает за счет содержания в порошке дополнительной фракции частиц длиной от более 315 мкм до 1050 мкм включительно в количестве 10-30% от массы порошка. При этом толщина всех частиц порошка находится в диапазоне 4-9 мкм, а отношение длины к ширине 1,5-2,7.
2
1
Степень очистки тетрахлорида титана от примеси окситрихлорида ванадия, определяется по формуле Э=100-(С/С)100%, где:
Э - степень очистки, %;
1
C - содержание примеси в исходном тетрахлориде титана, %;
2
С - содержание примеси в тетрахлориде титана после очистки, %.
При получении порошка с повышенным содержанием крупной фракции время размола неизбежно сокращается, что, в свою очередь, снижает энергозатраты на производство продукта. Энергозатраты на получение предлагаемого медного порошка сокращаются не только ввиду уменьшения времени размола, но и за счет исключения требуемой для получения порошка-прототипа операции направления фракций размером более 315 мкм (обычно 5,5-7,5%) на дальнейшее размалывание.
Для изготовления медного порошка может быть использована медная стружка, медный лом и пр.
Для получения медного порошка для очистки технического тетрахлорида титана была подготовлена партия шихты, состоящая из медного лома марки М2 по ГОСТ 54564-2011 с гранулометрическим составом от 0,5 до 3,0 мм и стеарина марки Т-18 по ГОСТ6484-96 в количестве 0,07% от массы шихты. Процесс размола осуществлялся в шаровой мельнице барабанного типа марки СМ 6001 1500×3000 (http://www.strormriash.ra/catalog/tsentralnoi-razgruzkoi) с использованием волнистой брони из стали марки 110Г13Л (https://www.emz74.ru/catalog?id=1281) и шаров диаметром 45 мм из стали ШХ15 (http://www.lasmet.ru/steel/mark.php?s=356). Для исключения плавления стеарина, температура пылегазовой смеси на выходе из мельницы составляла не более 69°C. С целью охлаждения на корпус мельницы непрерывно подавалась техническая вода. Измельчение велось непрерывно. Заданный гранулометрический состав обеспечивался регулировкой скорости потока воздуха, подаваемого в мельницу. Для получения медного порошка с большим содержанием крупной фракции скорость потока увеличивали. Выгрузка пылегазовой смеси проводилась путем подачи ее в каскад сепараторов, циклонов и мультициклонов, после прохождения которых, получали осажденный продукт в виде медного порошка, имеющего частицы толщиной 4-9 мкм. Отношение длины частиц к ширине находилось в диапазоне от 1,5-2,7. Получение порошка указанного гранулометрического состава, включающего большее, по сравнению с прототипом, содержание крупной фракции, сопровождалось уменьшением времени размола и, соответственно, повышением производительности и снижением энергозатрат. Данные, подтверждающие повышение производительности и снижение энергозатрат приведены в таблице 1.
Определение гранулометрического состава медного порошка производилось по ГОСТ 8269.0-97 с использованием следующего оборудования: весы электронные, виброгрохот, мерный стакан. Продолжительность рассева - 15 мин. Определение размеров частиц проводилось с помощью стереомикроскопа.
Лабораторные испытания по исследованию очистки технического тетрахлорида титана от окситрихлорида ванадия полученными образцами медного порошка проводились по следующей методике.
4
-1
В стеклянный реактор объемом 0,5 литра, установленный в колбонагревателе, заливали 200 мл (340 мг) технического тетрахлорида титана и, для ускорения процесса очистки, нагревали до температуры 60°C, затем при постоянном перемешивании засыпали 0,53 г медного порошка (из расчета на 1 т технического TiCl 1,5 кг меди). Частоту вращения мешалки задавали 540 мин. Перемешивание происходило равномерно по всему объему. Растворенный окситрихлорид ванадия, содержащийся в тетрахлориде титана, при взаимодействии с медным порошком образует соединения, выпадающие в осадок. При заданной температуре суспензию в реакторе перемешивали в течение 2,5 часов, затем колбу с раствором снимали с колбонагревателя. После отстоя в течение 8 часов проводили декантацию. Тетрахлорид титана после очистки прозрачный светло-желтого цвета. Осадок, оставшийся в колбе после декантации, не слипшийся, рассыпчатый. Данные результатов лабораторных испытаний представлены в таблице 2.