СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СПЛАВА ТИТАН-АЛЮМИНИЙ-ВАНАДИЙ

1. Способ, включающий:
(а) нагревание смеси реагентов, где эта смесь реагентов включает в себя:
смесь титансодержащей руды и ванадийсодержащей руды;
восстановитель из алюминия, сконфигурированный для восстановления смеси титан- и ванадийсодержащей руд до чернового продукта из сплава титан-алюминий-ванадий; и
регулятор вязкости;
(b) инициирование реакции экстракции в смеси реагентов с образованием: (1) чернового продукта из сплава титан-алюминий-ванадий, где экстрагированный продукт включает, по меньшей мере, 3,0 масс. % кислорода, и (2) остаточного шлака; и
(c) отделение остаточного шлака от чернового продукта из сплава титан-алюминий-ванадий, причем посредством соотношения реагентов в смеси регулятор вязкости регулирует вязкость шлака, чтобы обеспечить эффективное отделение чернового продукта сплава титан-алюминий-ванадий от остаточного шлака в два слоя во время реакции;
(d) конфигурирование чернового продукта из сплава титан-алюминий-ванадий из реакции экстракции в качестве анода в электролизере, где электролизер содержит электролит;
(e) нагревание электролита до температуры от 600 до 900°С с образованием расплавленного электролита, где расплавленный электролит удерживается в реакторе и находится в контакте с анодом и катодом;
i. пропускание тока от анода через ванну с расплавленным электролитом к катоду;
ii. осаждение продукта из рафинированного сплава титан-алюминий-ванадий на катоде; и
iii. извлечение продукта из рафинированного сплава титан-алюминий-ванадий из реактора, где продукт из рафинированного сплава титан-алюминий-ванадий включает, по меньшей мере, 85 масс. % титана, 5,0 масс. % алюминия и 3,0 масс. % ванадия.
2. Способ по п. 1, дополнительно включающий инициирование, поддержание и управление реакцией экстракции в смеси реагентов.
3. Способ по п. 1, в котором смесь реагентов имеет отношение смеси титан- и ванадийсодержащей руды к восстановителю, которое соответствует массовому отношению компонентов оксида титана и оксида ванадия в смеси руд к восстанавливающему металлу восстановителя от 1,7 до 2,3.
4. Способ по п. 1, в котором этап нагревания дополнительно включает в себя: нагревание смеси реагентов со скоростью повышения температуры от 1°С/мин до 125°С/мин.
5. Способ по п. 1, в котором этап нагревания дополнительно включает: нагревание смеси реагентов до температуры между 1500°С и 1800°С.
6. Способ по п. 5, в котором этап нагревания дополнительно включает: внешний нагрев смеси реагентов для поддержания смеси реагентов при температуре реакции между 1600°С и 1800°С в течение периода времени от 5 до 30 минут.
7. Способ по п. 1, в котором процесс термической экстракции дополнительно включает после стадии реакции охлаждение чернового титан-алюминий-ванадиевого продукта и остаточного шлака до температуры между 1500°С и 1600°С.
8. Способ по п. 1, в котором титансодержащая руда включает оксид титана, ванадийсодержащая руда включает оксид ванадия, восстановитель включает алюминий, а регулятор вязкости включает фторид кальция,
где отношение: титансодержащая руда/ванадийсодержащая руда/ восстановитель/регулятор вязкости соответствует следующему уравнению:
2
2
5
2
3
y
6x
15x
2
3
2
3(TiO+xVO)+(4+y)Al+zCaF→TiAlVO+2AlO+zCaF,
где 0,04<x<0,08, 0,3<y<1,2 и 2,0<z<3,0.
2
2
2
5
9. Способ по п. 8, в котором регулятор вязкости представляет собой CaF, титансодержащая руда включает оксид титана (TiO), а ванадийсодержащая руда включает оксид ванадия (VO), и где отношение компонентов оксида титана и оксида ванадия в рудной смеси к восстановителю и к регулятору вязкости соответствует отношению
2
3 моля компонента оксида титана и 0,12-0,24 моля компонента оксида ванадия в рудной смеси, от 0,6 до 0,7 восстановителя из алюминия, и от 1,0 до 1,6 CaF в качестве регулятора вязкости.
10. Способ по п. 8, в котором 0,05<х<0,07 и 0,4 <у<1,1.
11. Способ по п. 8, в котором х=0,06 и у=1,0.
2
2
5
12. Способ по п. 1, в котором титан- и ванадийсодержащая рудная смесь включает оксид титана (TiO) и оксид ванадия (VO), где массовое отношение компонента оксида титана к компоненту оксида ванадия в рудной смеси соответствует отношению от 5,5 до 11.
2
2
2
13. Способ по п. 1, дополнительно включающий регулятор вязкости, где этот регулятор вязкости содержит фторид кальция (CaF), причем отношение титан- и ванадийсодержащей рудной смеси к регулятору вязкости CaF, которое соответствует массовому отношению компонентов оксида титана и оксида ванадия в рудной смеси к регулятору вязкости CaF, составляет от 1,1 до 1,8.
14. Способ по п. 1, в котором термически экстрагированный продукт из сплава титан-алюминий-ванадий-кислород включает, по меньшей мере, 66,0 масс. % титана, 11,0 масс. % алюминия, 6,0 масс. % ванадия и 3,0 масс. % кислорода.
15. Способ по п. 1, в котором выход термически экстрагированного чернового титан-алюминий-ванадиевого продукта составляет между 85% и 95,0%.
16. Способ по п. 1, в котором продукт из рафинированного металлического сплава титан-алюминий-ванадий является волокнистым.
17. Способ по п. 1, в котором продукт из рафинированного металлического сплава титан-алюминий-ванадий имеет ватоподобную структуру.
18. Способ по п. 1, дополнительно включающий прессование продукта из рафинированного сплава титан-алюминий-ванадий в неспеченную прессовку, имеющую почти конечную форму, без связующего агента.
19. Способ по п. 1, в котором рафинированный титановый продукт включает вату из металлического сплава титан-алюминий-ванадий.
20. Способ по п. 1, в котором продукт из рафинированного сплава титан-алюминий-ванадий включает, по меньшей мере, 88,0 масс. % титана, 5,0 масс. % алюминия и 3,0 масс. % ванадия.
21. Способ по п. 1, дополнительно включающий измельчение и/или сфероидизацию продукта из рафинированного металлического сплава титан-алюминий-ванадий в порошок.
22. Способ по п. 1, в котором этот порошок металлического сплава включает, по меньшей мере, 90 масс. % титана, 5,5 масс. % алюминия и 3,5 масс. % ванадия.
23. Способ по п. 1, в котором титан-ванадийсодержащая рудная смесь имеет размер частиц между 50 мкм и 200 мкм.
24. Способ по п. 1, в котором титан-ванадийсодержащая рудная смесь имеет размер частиц менее 80 мкм.
25. Способ по п. 1, в котором ванадийсодержащая руда может быть или не быть исключена из смеси реагентов и для производства сплавов требуемого состава используют подходящие количества руды алюминия, железа, хрома, меди, марганца, кремния, циркония, молибдена, серебра, ванадия, никеля, кобальта, олова, редкоземельных элементов или другие руды.
26. Способ по п. 1, в котором разность потенциалов составляет между 0,5 вольт и 2,5 вольт.
2
2
27. Способ по п. 1, в котором плотность тока составляет между 0,01 А/см и 1,0 А/см.
28. Способ по п. 1, в котором этап нагревания дополнительно включает в себя: нагревание смеси реагентов со скоростью повышения температуры между 1°С/мин и 10°С/мин.
29. Способ по п. 1, отличающийся тем, что электролит состоит в основном из галогенидов щелочных металлов; галогенидов щелочноземельных металлов; или комбинации галогенидов щелочных металлов и галогенидов щелочноземельных металлов.
30. Способ, включающий:
(а) нагревание смеси реагентов до температуры между 1500°С и 1800°С, где эта смесь реагентов включает:
2
2
5
смесь титансодержащей руды, содержащей оксид титана (TiO), и ванадийсодержащей руды, содержащей оксид ванадия (VO);
восстановитель из алюминия, сконфигурированный для восстановления смеси руд, содержащих титан и ванадий, до чернового титан-алюминий-ванадиевого продукта; и
2
регулятор вязкости CaF;
где отношение компонентов оксида титана и оксида ванадия в рудной смеси к восстановителю и к регулятору вязкости соответствует следующему уравнению:
2
2
5
2
3
y
6x
15x
2
3
2
3(TiO+xVO)+(4+y)Al+zCaF→TiAlVO+2AlO+zCaF,
где 0,04<x<0,08, 0,3<y<1,2 и 2,0<z<3,0,
2
и соответствует соотношению: 3 моля компонента оксида титана и 0,12-0,24 моля компонента оксида ванадия в рудной смеси, от 0,6 до 0,7 восстановителя Al и от 1,0 до 1,6 регулятора вязкости CaF:
(b) инициирование реакции экстракции в смеси реагентов с образованием: (а) чернового титан-алюминий-ванадиевого продукта, где этот экстрагированный продукт включает не менее 66,0 масс. % титана, 11,0 масс. % алюминия, 6,0 масс. % ванадия и 3,0 масс. % кислорода, и (b) остаточного шлака; и
2
(c) отделение остаточного шлака от чернового титан-алюминий-ванадиевого продукта, причем посредством соотношения реагентов смеси регулятор вязкости CaF регулирует вязкость шлака, чтобы обеспечить эффективное отделение титанового продукта от остаточного шлака в два слоя во время реакции;
(d) конфигурирование титанового продукта из реакции экстракции в качестве анода в электролизере, где электролизер содержит электролит
(е) нагревание электролита, состоящего из: галогенидов щелочных металлов, галогенидов щелочноземельных металлов, и их комбинации до температуры от 600°С до 900°С с образованием расплавленного электролита, где расплавленный электролит удерживается в реакторе и находится в контакте с анодом и катодом;
i. пропускание тока от анода через ванну с расплавленным электролитом к катоду;
ii. осаждение рафинированного сплава титан-алюминий-ванадий на катоде; и
iii. извлечение продукта рафинированного сплава титан-алюминий-ванадий из реактора, где этот рафинированный сплав титан-алюминий-ванадий включает, по меньшей мере, 85 масс. % титана, 5,0 масс. % алюминия и 3,0 масс. % ванадия.
31. Способ по п. 30, дополнительно включающий
инициирование, поддержание и регулирование реакции экстракции в химической смеси.
32. Способ по п. 30, в котором смесь реагентов имеет отношение титан- и ванадийсодержащей рудной смеси к восстановителю, которое соответствует массовому отношению компонентов оксида титана и оксида ванадия в рудной смеси к восстанавливающему металлу восстановителя, и составляет от 1,8 до 2,2.
33. Способ по п. 30, в котором смесь реагентов имеет отношение титан- и ванадийсодержащей рудной смеси к восстановителю, которое соответствует массовому отношению компонентов оксида титана и оксида ванадия в рудной смеси к восстанавливающему металлу восстановителя, и составляет от 1,9 до 2,1.
34. Способ по п. 30, в котором этап нагревания дополнительно включает: нагревание смеси реагентов со скоростью повышения температуры между 1°С/мин и 25°С/мин.
35. Способ по п. 30, в котором этап нагревания дополнительно включает: нагревание смеси реагентов со скоростью повышения температуры между 26°С/мин и 50°С/мин.
36. Способ по п. 30, в котором этап нагревания дополнительно включает: нагревание смеси реагентов со скоростью повышения температуры между 51°С/мин и 100°С/мин.
37. Способ по п. 30, в котором этап нагревания дополнительно включает: нагревание смеси реагентов со скоростью повышения температуры между 101°С/мин и 125°С/мин.
38. Способ по п. 30, в котором этап нагревания дополнительно включает: внешний нагрев смеси реагентов для поддержания этой смеси при температуре реакции между 1600°С и 1800°С в течение периода времени между 10 и 20 минут.
39. Способ по п. 30, в котором этап нагревания дополнительно включает: внешний нагрев смеси реагентов для поддержания этой смеси при температуре реакции между 1600°С и 1800°С в течение периода времени между 21 и 30 минут.
40. Способ по п. 30, в котором процесс термической экстракции дополнительно включает, после стадии реакции, охлаждение чернового титан-алюминий-ванадиевого продукта и остаточного шлака до температуры между 1500°С и 1600°С.
2
2
5
41. Способ по п. 30, в котором титан- и ванадийсодержащая рудная смесь включает оксид титана (TiO) и оксид ванадия (VO), где массовое отношение компонента оксида титана к компоненту оксида ванадия в рудной смеси соответствует отношению от 6,0 до 9,0.
2
2
2
42. Способ по п. 30, дополнительно включающий регулятор вязкости, где этот регулятор содержит фторид кальция (CaF), причем отношение титан- и ванадийсодержащей рудной смеси к регулятору вязкости CaF, которое соответствует массовому отношению компонента оксида титана и компонента оксида ванадия в рудной смеси к регулятору вязкости CaF, составляет от 1,2 до 1,6.
43. Способ по п. 30, в котором термически экстрагированный черновой титан-алюминий-ванадиевый продукт включает: 66-76% титана, 11-21% алюминия, 6-10% ванадия и 3-7% кислорода.
44. Способ по п. 30, в котором выход термически экстрагированного чернового титан-алюминий-ванадиевого продукта составляет между 85,0% и 95,0%.
45. Способ по п. 30, в котором рафинированный продукт из металлического сплава титан-алюминий-ванадий является волокнистым.
46. Способ по п. 30, в котором рафинированный продукт из металлического сплава титан-алюминий-ванадий имеет ватоподобную структуру.
47. Способ по п. 30, дополнительно включающий прессование продукта из рафинированного металлического сплава титан-алюминий-ванадий в неспеченную прессовку почти конечной формы без связующего агента.
48. Способ по п. 30, в котором рафинированный титановый продукт включает в себя вату из металлического сплава титан-алюминий-ванадий.
49. Способ по п. 30, в котором рафинированный продукт из сплава титан-алюминий-ванадий включает 88-92 масс. % титана, 5,0-7,0 масс. % алюминия, 3-5 масс. % ванадия.
50. Способ по п. 30, дополнительно включающий измельчение рафинированного продукта из металлического сплава титан-алюминий-ванадий в порошок.
51. Способ по п. 30, дополнительно включающий измельчение и/или сфероидизацию рафинированного продукта из металлического сплава титан-алюминий-ванадий в порошок.
52. Способ по п. 30, в котором этот порошок металлического сплава включает, по меньшей мере, 88,0 масс. % титана, 5,0 масс. % алюминия и 3,0 масс. % ванадия.
53. Способ по п. 30, в котором титан- и ванадийсодержащая рудная смесь имеет размер частиц между 81 мкм и 100 мкм.
54. Способ по п. 30, в котором титан- и ванадийсодержащая рудная смесь имеет размер частиц между 101 мкм и 200 мкм.
55. Способ по п. 30, в котором титан- и ванадийсодержащая рудная смесь имеет размер частиц менее 80 мкм.
56. Способ по п. 30, в котором ванадийсодержащая руда может быть или не может быть исключена из смеси реагентов, и для производства сплавов требуемого состава используют соответствующе количества руды алюминия, железа, хрома, меди, марганца, кремния, циркония, молибдена, серебра, ванадия, никеля, кобальта, олова, редкоземельных элементов или другие руды.
57. Способ по п. 30, в котором титан- и ванадийсодержащая рудная смесь содержит 75-95 масс. % оксидных компонентов.
58. Способ по п. 30, в котором титан- и ванадийсодержащая рудная смесь содержит 95-99 масс. % оксидных компонентов.
59. Способ по п. 30, в котором разность потенциалов составляет между 0,7 вольт и 1,4 вольт.
60. Способ по п. 30, в котором разность потенциалов составляет между 1,5 вольт и 2,0 вольт.
61. Способ по п. 30, в котором разность потенциалов составляет между 2,1 и 3,0 вольт.
2
2
62. Способ по п. 30, в котором плотность тока составляет между 0,01 А/см и 0,06 А/см.
2
2
63. Способ по п.30, в котором плотность тока составляет между 0,07 А/сми 1,0 А/см.
64. Способ, включающий:
(а) применение процесса термической экстракции к смеси титансодержащей руды и ванадийсодержащей руды, где этот процесс термической экстракции включает:
нагревание смеси реагентов для инициирования реакции экстракции, где эта смесь реагентов включает титансодержащую руду, ванадийсодержащую руду и восстановитель;
взаимодействие смеси реагентов с образованием: (1) титан-алюминий-ванадиевого продукта, и (2) остаточного шлака, причем посредством регулятора вязкости титан-алюминий-ванадиевый продукт отделяется от остаточного шлака в два слоя;
(b) рафинирование титан-алюминий-ванадиевого продукта, полученного в процессе термической экстракции, в процессе электрохимического разделения, где процесс электрохимического разделения включает:
i. нагревание электролита, состоящего по существу из: галогенидов щелочных металлов, галогенидов щелочноземельных металлов или их комбинаций, до температуры между 600°С и 900°С с образованием расплавленного электролита, где этот электролит удерживается в реакторе;
ii. приложение разности потенциалов между анодом и катодом для осаждения титана на катоде, где анод и катод сконфигурированы в реакторе в контакте с электролитом; и
iii. извлечение рафинированного титан-алюминий-ванадиевого продукта из реактора, где этот рафинированный продукт включает, по меньшей мере, 85 масс. % титана, 5 масс. % алюминия и 3 масс. % ванадия, и где этот рафинированный титановый продукт сконфигурирован посредством (а) и (b) в виде волокнистой ватоподобной структуры; и
(с) прессование рафинированного титанового продукта в пресс-форме с образованием титановой детали, имеющей практически конечную форму.