RU2240896C1 - Method for producing finely divided titanium powder - Google Patents

Abstract

FIELD: processes and equipment for producing finely divided powder of titanium.

SUBSTANCE: method comprises steps of hydrogenating initial titanium, disintegrating hydride, vacuum thermal dehydrogenation for further breaking of formed cake. According to invention hydrogenation is performed until achieving hydrogen content 340 - 370 cm³ for 1 g of titanium. Dehydrogenation is performed by two stages with intermediate disintegration of formed cake in order to achieve residual content of hydrogen in hydride at first stage 150 - 260 cm³ for 1 g of titanium and at second stage no more than 4 cm³ for 1 g of titanium. Such method provides production of finely divided powder with particle size less than 0.04 mm and mass quota of hydrogen 0.036%, yield of ready product no less than 90% of mass of initial titanium.

EFFECT: lowered degree of fire and explosion hazard of dehydrogenation procedure.

2 cl, 1 ex

Description

Изобретение относится к способам получения порошков титана с заданным гранулометрическим составом и контролируемым содержанием водорода.The invention relates to methods for producing titanium powders with a given particle size distribution and a controlled hydrogen content.

Изобретение может быть использовано в машиностроении, металлургической и химической промышленности.The invention can be used in mechanical engineering, metallurgical and chemical industries.

Известен способ получения порошков титана методом гидрирования-дегидрирования [1]. Метод основан на высокой хрупкости титана, насыщенного водородом. Исходный титан в виде кусков или стружки насыщают водородом до содержания от 420 до 445 см³ Н₂ на 1 г титана, соответствующего формулам TiH_1,8-TiH_1,9. Полученный гидрид измельчают до требуемого гранулометрического состава. Водород из порошка удаляют термическим дегидрированием в вакууме. Операцию проводят при температуре от 700 до 800°С. По ходу дегидрирования частицы титана спекаются. Для получения конечного продукта спек разрушают механическим измельчением. Гранулометрический состав готового порошка контролируют просевом через сита с заданным размером ячеек.A known method of producing titanium powders by hydrogenation-dehydrogenation [1]. The method is based on the high fragility of titanium saturated with hydrogen. The initial titanium in the form of pieces or chips is saturated with hydrogen to a content of from 420 to 445 cm ³ H ₂ per 1 g of titanium corresponding to the formula TiH _1.8- TiH _1.9 . The resulting hydride is ground to the desired particle size distribution. Hydrogen from the powder is removed by thermal dehydrogenation in vacuo. The operation is carried out at a temperature of from 700 to 800 ° C. In the course of dehydrogenation, titanium particles are sintered. To obtain the final product, the cakes are destroyed by mechanical grinding. The granulometric composition of the finished powder is controlled by sifting through sieves with a given cell size.

По приведенному способу освоено производство дисперсного порошка титана фракций (-0,10+0,04) мм [1].According to the above method, the production of dispersed titanium powder of fractions (-0.10 + 0.04) mm [1] is mastered.

При получении по данному способу порошка титана с остаточным содержанием водорода менее 5 см Н₂ на 1 г титана (массовой долей водорода менее 0,045%) продолжительное воздействие высоких температур на стадии дегидрирования приводит к чрезмерному укрупнению частиц металла. В результате выход порошка с размерами частиц менее 0,04 мм оказывается неудовлетворительным.When this method produces a titanium powder with a residual hydrogen content of less than 5 cm H ₂ per 1 g of titanium (mass fraction of hydrogen less than 0.045%), prolonged exposure to high temperatures at the dehydrogenation stage leads to excessive coarsening of metal particles. As a result, the yield of powder with particle sizes less than 0.04 mm is unsatisfactory.

Другим недостатком представленного способа получения порошка титана является повышенная пожаровзрывоопасность процесса дегидрирования, связанная с использованием в качестве промежуточного продукта гидрида титана с составом, близким к TiH₂, что обусловлено высоким значением равновесного давления водорода в интервале температур от 450 до 750°С над гидридами состава TiH_1,80-TiH_1,99.Another disadvantage of the presented method for producing titanium powder is the increased fire and explosion hazard of the dehydrogenation process associated with the use of titanium hydride as an intermediate with a composition close to TiH ₂ , which is due to the high equilibrium hydrogen pressure in the temperature range from 450 to 750 ° C over hydrides of the TiH composition _1.80- TiH _1.99 .

Предлагаемое изобретение направлено на решение следующих задач:The invention is aimed at solving the following problems:

1. Получение мелкодисперсного порошка титана с размерами частиц менее 0,04 мм и остаточным содержанием водорода до 4 см³ Н₂ на 1 г титана (массовой долей водорода до 0,036%).1. Obtaining fine titanium powder with particle sizes less than 0.04 mm and a residual hydrogen content of up to 4 cm ³ H ₂ per 1 g of titanium (mass fraction of hydrogen up to 0.036%).

2. Обеспечение выхода готового продукта на уровне не менее 90% от массы исходного титана.2. Ensuring the yield of the finished product at a level of not less than 90% by weight of the source titanium.

3. Снижение пожаровзрывоопасности операции дегидрирования.3. Reducing the fire and explosion hazard of the dehydrogenation operation.

Указанный технический результат достигается при получении мелкодисперсного порошка титана по следующей методике.The specified technical result is achieved when obtaining finely divided titanium powder by the following method.

Исходную титановую губку или стружку металлического титана насыщают водородом до содержания от 340 до 370 см³ Н₂ на 1 г титана, соответствующего формуле гидрида титана TiH_1,45-TiH_1,58. Полученный губчатый гидрид измельчают до требуемого гранулометрического состава помолом в шаровой мельнице. Удаление водорода из порошка гидрида проводят термическим вакуумным дегидрированием в две стадии. Первую стадию дегидрирования осуществляют при температуре от 450 до 550°С до остаточного содержания водорода в металле от 150 до 260 см³ Н₂ на 1 г титана. Состав гидрида по ходу дегидрирования контролируют по величине равновесного давления водорода над гидридом. Для чего периодически отсекают систему вакуумирования и проводят измерение давления, установившегося в аппарате дегидрирования. По окончании первой стадии дегидрирования спек порошка гидрида титана разрушают помолом в шаровой мельнице. Вторую стадию дегидрирования осуществляют при температуре от 450 до 550°С до требуемого остаточного содержания водорода в титане. Полученный в результате дегидрирования спек порошка титана разрушают помолом в шаровой мельнице. Готовый порошок просеивают через сито с размерами ячеек 0,04 мм. Выход готового продукта, при остаточном содержании водорода до 4 см³ H₂ на 1 г титана, составляет не менее 90% от массы исходного металла.The initial titanium sponge or metal titanium shavings are saturated with hydrogen to a content of 340 to 370 cm ³ H ₂ per 1 g of titanium, corresponding to the formula titanium hydride TiH _1.45 -TiH _1.58 . The resulting sponge hydride is ground to the desired particle size distribution by grinding in a ball mill. The removal of hydrogen from the hydride powder is carried out by thermal vacuum dehydrogenation in two stages. The first stage of dehydrogenation is carried out at a temperature of from 450 to 550 ° C until the residual hydrogen content in the metal is from 150 to 260 cm ³ H ₂ per 1 g of titanium. The composition of the hydride in the course of dehydrogenation is controlled by the equilibrium pressure of hydrogen over the hydride. Why periodically cut off the vacuum system and measure the pressure established in the dehydrogenation apparatus. At the end of the first stage of dehydrogenation, the sintered titanium hydride powder is destroyed by grinding in a ball mill. The second stage of dehydrogenation is carried out at a temperature of from 450 to 550 ° C to the desired residual hydrogen content in titanium. The sinter of titanium powder obtained by dehydrogenation is destroyed by grinding in a ball mill. The finished powder is sieved through a sieve with a mesh size of 0.04 mm The yield of the finished product, with a residual hydrogen content of up to 4 cm ³ H ₂ per 1 g of titanium, is at least 90% by weight of the starting metal.

Заданный выход порошка с требуемым гранулометрическим составом достигается реализацией операции дегидрирования в две стадии с промежуточным измельчением образующегося спека. Применение исходного гидрида, содержащего от 340 до 370 см³ водорода на 1 г титана, позволяет ограничиться одним промежуточным измельчением. Равновесное давление водорода над гидридом, содержащим менее 370 см³ водорода на 1 г титана при температуре ниже 550°С, не превышает 1·10⁵ Па, что способствует повышению взрывопожаробезопасности операции дегидрирования. При использовании исходного гидрида с уменьшенным содержанием водорода также сокращаются выбросы водорода на выходе из вакуумных насосов.The desired yield of powder with the desired particle size distribution is achieved by the implementation of the dehydrogenation operation in two stages with intermediate grinding of the resulting cake. The use of a starting hydride containing from 340 to 370 cm ^{3 of} hydrogen per 1 g of titanium allows one to limit it to one intermediate grinding. The equilibrium pressure of hydrogen over a hydride containing less than 370 cm ^{3 of} hydrogen per 1 g of titanium at a temperature below 550 ° C does not exceed 1 · 10 ⁵ Pa, which helps to increase the explosion and fire safety of the dehydrogenation operation. When using a starting hydride with a reduced hydrogen content, hydrogen emissions at the outlet of the vacuum pumps are also reduced.

Пример.Example.

В аппарат гидрирования загрузили 1000 г титановой губки марки ТГ-100. Губку насытили водородом до содержания 346,8 см³ Н₂ на 1 г титана, отвечающего формуле TiH_1,48. Из аппарата гидрирования выгрузили 1031,17 г губчатого гидрида титана. Гидрид измельчили в шаровой мельнице. В результате получили 1023,74 г порошка гидрида титана. Порошок загрузили в аппарат дегидрирования. Первую стадию дегидрирования провели при температуре (500±5)°С и динамическом вакууме 13,2 Па (0,1 мм рт.ст.) в течение 3 часов. В результате получили 1007,79 г гидрида титана с содержанием водорода 168,0 см³ Н₂ на 1 г титана. Спек порошка гидрида измельчили в шаровой мельнице. Из барабана мельницы выгрузили 1001,34 г порошка. Вторую стадию дегидрирования провели при температуре (500±5)°С и динамическом вакууме 6,7 Па (0,05 мм рт.ст.) в течение 25 часов. В результате получили 986,87 г титана с остаточным содержанием водорода 4,8 см³ Н₂ на 1 г титана (массовой долей водорода 0,043%). Спек порошка титана измельчили в шаровой мельнице. Полученные 983,32 г порошка просеяли сквозь сито с размерами ячеек 0,04 мм. В результате получили 949,30 г конечного продукта, что составило 94,9% от массы исходной титановой губки.1000 g of titanium sponge of the TG-100 brand were loaded into the hydrogenation apparatus. The sponge was saturated with hydrogen to a content of 346.8 cm ³ H ₂ per 1 g of titanium, corresponding to the formula TiH _1.48 . 1031.17 g of sponge titanium hydride were discharged from the hydrogenation apparatus. The hydride was ground in a ball mill. The result was 1023.74 g of titanium hydride powder. The powder was loaded into a dehydrogenation apparatus. The first stage of dehydrogenation was carried out at a temperature of (500 ± 5) ° C and a dynamic vacuum of 13.2 Pa (0.1 mm Hg) for 3 hours. The result was 1,007.79 g of titanium hydride with a hydrogen content of 168.0 cm ³ H ₂ per 1 g of titanium. Sintered hydride powder was ground in a ball mill. 1001.34 g of powder was unloaded from the mill drum. The second stage of dehydrogenation was carried out at a temperature of (500 ± 5) ° C and a dynamic vacuum of 6.7 Pa (0.05 mm Hg) for 25 hours. The result was 986.87 g of titanium with a residual hydrogen content of 4.8 cm ³ H ₂ per 1 g of titanium (mass fraction of hydrogen 0.043%). Sintered titanium powder was ground in a ball mill. The resulting 983.32 g of powder was sieved through a sieve with a mesh size of 0.04 mm The result was 949.30 g of the final product, which amounted to 94.9% by weight of the initial titanium sponge.

Источник информацииSourse of information

1. Гармата В.А. и др. Титан. - М.: Металлургия. - 1983, с.489-490.1. Garmata V.A. and others. Titanium. - M.: Metallurgy. - 1983, p. 489-490.

Claims (2)

1. Способ получения мелкодисперсного порошка титана, включающий гидрирование исходного титана, измельчение гидрида, термическое вакуумное дегидрирование с последующим измельчением образовавшегося спека, отличающийся тем, что операцию гидрирования проводят до содержания водорода от 340 до 370 см³ на 1 г титана, а операцию дегидрирования проводят в две стадии с промежуточным измельчением образовавшегося спека при достижении остаточного содержания водорода в гидриде на первой стадии от 150 до 260 см³ на 1 г титана и остаточного содержания водорода в гидриде на второй стадии до 4 см³ на 1 г титана.1. The method of obtaining fine titanium powder, including hydrogenation of the initial titanium, grinding hydride, thermal vacuum dehydrogenation, followed by grinding the formed cake, characterized in that the hydrogenation is carried out to a hydrogen content of from 340 to 370 cm ³ per 1 g of titanium, and the dehydrogenation operation is carried out in two stages with intermediate grinding of the formed cake upon reaching a residual hydrogen content in hydride in the first stage from 150 to 260 cm ³ per 1 g of titanium and a residual hydrogen content ode in hydride in the second stage up to 4 cm ³ per 1 g of titanium. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дегидрирование проводят при температуре от 450 до 550°С.2. The method according to claim 1, characterized in that the dehydrogenation is carried out at a temperature of from 450 to 550 ° C.