一种从电弧炉制得二硼化钛中反浮选脱碳的方法

摘要

一种从电弧炉制得二硼化钛中反浮选脱碳的方法。步骤包括：首先对经直流电弧炉碳热还原法制得的块状二硼化钛进行破碎、精磨，制得二硼化钛粉体；向二硼化钛粉体中加入调整剂、捕收剂和起泡剂，进行一级反浮选，得到一级二硼化钛悬浮液和一级废液，将一级二硼化钛悬浮液过滤烘干，得到一级二硼化钛粉末；向一级二硼化钛粉末中加入调整剂、捕收剂和起泡剂，进行二级反浮选，得到二级二硼化钛悬浮液和二级废液，将二级二硼化钛悬浮液过滤烘干，得到最终的二硼化钛粉末；将一级废液和二级废液进行沉淀分离得到三级二硼化钛悬浮液和废渣，将三级二硼化钛悬浮液过滤烘干后得到的二硼化钛粉末作为反浮选原料循环应用。本发明脱碳效率高，综合成本低。

说明书

技术领域

本发明属于非金属材料制备提纯技术领域，具体涉及一种从电弧炉制得二硼化钛中反浮选脱碳的方法。

背景技术

二硼化钛粉体材料的应用领域上要求其纯度达到98%以上，其中碳含量小于1%。二硼化钛是一种陶瓷材料，具有高硬度、导电性好、高温抗氧化性好等特性，广泛应用在电解铝阴极涂层、陶瓷刀具、真空镀膜蒸发器等领域。目前TiB₂粉末的制备方法主要有碳热还原法、金属热还原法、高温自蔓延法、机械化学合成法、直接合成法、熔盐电解法、溶胶-凝胶法等；其薄膜制备方法主要有化学气相沉积法(CVD)、物理气相沉积法(PVD)、脉冲电极沉积法和等离子喷涂等。碳热还原法是工业上生产二硼化钛的主要方法，常用而且比较成熟的工艺是半连续的碳电阻管式炉进行生产，优点是产品质地纯净、温度可严格控制，但是，这种方法也有很大的缺陷，管式炉的生产能力低，生产周期长，高温下对炉体的损坏严重，不适合规模生产，产品成本高。电弧炉碳热还原制取TiB₂是很有应用前景的一种新的二硼化钛粉末制备方法。直接电加热反应物料使其快速达到高温的优点，使碳热还原氧化钛和氧化硼生成TiB₂的反应瞬间完成，大幅度地提高生产效率。

电弧炉碳热还原法生产二硼化钛中需要含有过量的还原剂碳（石油焦），反应剩余的石油焦在高温下石墨化以石墨形式夹杂在二硼化钛中，因此二硼化钛中石墨形式的碳的脱除是提高二硼化钛粉末纯度的关键。

发明内容

针对上述已有技术不足，本发明提供一种从电弧炉制得二硼化钛中反浮选脱碳的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种从电弧炉制得二硼化钛中反浮选脱碳的方法，其特征在于，所述方法步骤包括：

（1）首先对经直流电弧炉碳热还原法制备得到的块状二硼化钛进行破碎、精磨，制得二硼化钛粉体；

（2）向经步骤（1）制得的二硼化钛粉体中加入调整剂，使二硼化钛重量浓度达到20%~25%，然后加入捕收剂和起泡剂，进行一级反浮选，得到一级二硼化钛悬浮液和一级废液，将一级二硼化钛悬浮液过滤烘干，得到一级二硼化钛粉末；

（3）向经步骤（2）得到的一级二硼化钛粉末中加入调整剂，使一级二硼化钛重量浓度达到20%~25%，然后再加入捕收剂和起泡剂，进行二级反浮选，得到二级二硼化钛悬浮液和二级废液，将二级二硼化钛悬浮液过滤烘干，得到最终的二硼化钛粉末；

（4）将经步骤（2）得到的一级废液和步骤（3）得到的二级废液进行沉淀分离得到三级二硼化钛悬浮液和废渣，将三级二硼化钛悬浮液过滤烘干后得到的二硼化钛粉末作为反浮选原料循环用于步骤（1）。

根据上述的方法，其特征在于，所述步骤（1）破碎步骤采用颚式破碎机进行破碎，制得粒径在50mm以下的颗粒状二硼化钛。

根据上述的方法，其特征在于，所述步骤（1）精磨步骤采用高能球磨机进行精磨，制得粒径D50为20~25μm的二硼化钛粉体，球料质量比为1.9~2.1:1，所述二硼化钛粉体，粒径小于5μm的颗粒不大于总质量的10%，粒径小于50μm的颗粒不小于总质量的90%，所述二硼化钛粉体中C含量按质量百分比计为6%~7%。

根据上述的方法，其特征在于，所述步骤（2）和步骤（3）中采用的调整剂均为用碳酸钠和蒸馏水配置的pH值为7.8~8.2的碳酸钠溶液。

根据上述的方法，其特征在于，所述步骤（2）和步骤（3）中采用的捕收剂均为煤油，用量为600g~700g/t。

根据上述的方法，其特征在于，所述步骤（2）和步骤（3）中采用的起泡剂均为松醇油，用量为60g~70g/t。

本发明的有益技术效果：本发明提供了一种从电弧炉制得二硼化钛中反浮选脱碳的方法，本发明采用适合大批量生产的直流电弧炉碳热还原法生产得到的二硼化钛作为原料，先制粉，再经过闭路循环二级反浮选法进行反浮选脱碳，碳的脱除率为86%~91%，使最终二硼化钛粉体中C含量低于1%。本发明方法脱碳效率高，综合成本低，不引入其他杂质，且二硼化钛收得率高，满足应用中二硼化钛粉末中碳含量的要求，易于实现大规模工业生产。

附图说明

图1为本发明方法的工艺流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种从电弧炉制得二硼化钛中反浮选脱碳的方法，步骤包括：

（1）首先采用颚式破碎机对经直流电弧炉碳热还原法制备得到的块状二硼化钛作为原料进行破碎，制得粒径在50mm以下的颗粒状二硼化钛，采用高能球磨机进行精磨，制得粒径D50为20~25μm的二硼化钛粉体，球料质量比为1.9~2.1:1，所述二硼化钛粉体，粒径小于5μm的颗粒不大于总质量的10%（即D10≥5μm），粒径小于50μm的颗粒不小于总质量的90%（即D90≤50μm），所述二硼化钛粉体中C含量按质量百分比计为6%~7%；

（2）向经步骤（1）制得的二硼化钛粉体中加入调整剂，使二硼化钛重量浓度达到20%~25%，调整剂为用碳酸钠和蒸馏水配置的pH值为7.8~8.2的碳酸钠溶液，然后加入捕收剂和起泡剂，捕收剂为煤油，用量为每吨二硼化钛加入煤油600g~700g，起泡剂为松醇油，用量为每吨二硼化钛加入松醇油60g~70g，进行一级反浮选，得到一级二硼化钛悬浮液和一级废液，将一级二硼化钛悬浮液过滤烘干，得到一级二硼化钛粉末；

（3）向经步骤（2）得到的一级二硼化钛粉末中加入调整剂，使一级二硼化钛重量浓度达到20%~25%，调整剂为用碳酸钠和蒸馏水配置的pH值为7.8~8.2的碳酸钠溶液，然后再加入捕收剂和起泡剂，捕收剂为煤油，用量为每吨二硼化钛加入煤油600g~700g，起泡剂为松醇油，用量为每吨二硼化钛加入松醇油60g~70g，进行二级反浮选，得到二级二硼化钛悬浮液和二级废液，将二级二硼化钛悬浮液过滤烘干，得到最终的二硼化钛粉末；

（4）将经步骤（2）得到的一级废液和步骤（3）得到的二级废液进行沉淀分离得到三级二硼化钛悬浮液和废渣，将三级二硼化钛悬浮液过滤烘干后得到的二硼化钛粉末作为反浮选原料循环用于步骤（1）。

本发明采用的颚式破碎机型号为100×150、2.2千瓦破碎机；采用的浮选机型号为XFD-0.60型系列单槽浮选机；所用的碳酸钠、煤油、松醇油均为市购产品。

实施例1

将大块二硼化钛经颚式破碎机破碎和高能球磨机精磨，得到二硼化钛粉末。球磨条件：球525g，其中大球131g，中球219g，小球175g，二硼化钛250g；球磨转速250r/min；球磨时间1h。得到二硼化钛粉末粒径：D50=20.05μm，D10=5.17μm，D90=49.96μm；二硼化钛粉末中C含量为6.33%。

一级反浮选：称取上述二硼化钛粉末120g，配制480gpH=7.8的碳酸钠溶液。将该溶液加入XFD-0.60型系列单槽浮选机浮选槽中，把浮选槽装入浮选机，开启搅拌，把称量好的二硼化钛加入浮选槽中，搅拌3min。按600g/t二硼化钛的比例加入一定量的煤油，搅拌5min，按60g/t二硼化钛的比例加入一定量的松醇油，搅拌3min，通入空气，进行反浮选操作。直至不再有气泡出现，停止操作，反浮选结束。

反浮选结束后将浮选槽中的悬浮液过滤烘干得到二硼化钛粉末作为二级反浮选原料。

二级反浮选：称取一级反浮选结束后浮选槽中得到的二硼化钛120g，配制480gpH=7.8的碳酸钠溶液。将该溶液加入XFD-0.60型系列单槽浮选机浮选槽中，把浮选槽装入浮选机，开启搅拌，把称量好的二硼化钛加入浮选槽中，搅拌3min。按600g/t二硼化钛的比例加入一定量的煤油，搅拌5min，按60g/t二硼化钛的比例加入一定量的松醇油，搅拌3min，通入空气，进行反浮选操作。直至不再有气泡出现，停止操作，反浮选结束。

反浮选结束后将浮选槽中的悬浮液过滤烘干得到最终的二硼化钛粉末。将一级、二级反浮选产生的废液中的二硼化钛沉降与表层泡沫分离，过滤烘干得到二硼化钛粉末作为一级反浮选原料。对二级反浮选最终得到二硼化钛粉末检测，测得其中C含量为0.88%，碳脱除率为86.10%。

实施例2

将大块二硼化钛经颚式破碎机破碎和高能球磨机精磨，得到二硼化钛粉末。球磨条件：球475g，其中大球119g，中球198g，小球158g，二硼化钛250g；球磨转速250r/min；球磨时间1h。得到二硼化钛粉末粒径：D50=24.9μm，D10=5.08μm，D90=49.39μm；二硼化钛粉末中C含量为6.21%。

一级反浮选：称取上述二硼化钛150g，配制450gpH=8.2的碳酸钠溶液。将该溶液加入XFD-0.60型系列单槽浮选机浮选槽中，把浮选槽装入浮选机，开启搅拌，把称量好的二硼化钛加入浮选槽中，搅拌3min。按700g/t二硼化钛的比例加入一定量的煤油，搅拌5min，按70g/t二硼化钛的比例加入一定量的松醇油，搅拌3min，通入空气，进行反浮选操作。直至不再有气泡出现，停止操作，反浮选结束。

反浮选结束后将浮选槽中的悬浮液过滤烘干得到二硼化钛粉末作为二级反浮选原料。

二级反浮选：称取一级反浮选结束后浮选槽中得到的二硼化钛150g，配制450gpH=8.2的碳酸钠溶液。将该溶液加入XFD-0.60型系列单槽浮选机浮选槽中，把浮选槽装入浮选机，开启搅拌，把称量好的二硼化钛加入浮选槽中，搅拌3min。按700g/t二硼化钛的比例加入一定量的煤油，搅拌5min，按70g/t二硼化钛的比例加入一定量的松醇油，搅拌3min，通入空气，进行反浮选操作。直至不再有气泡出现，停止操作，反浮选结束。

反浮选结束后将浮选槽中的悬浮液过滤烘干得到二硼化钛粉末。将一级、二级反浮选产生的废液中的二硼化钛沉降与表层泡沫分离，过滤烘干得到二硼化钛粉末作为一级反浮选原料。对二级反浮选最终得到二硼化钛粉末检测，测得其中C含量为0.56%，碳脱除率为90.98%。

实施例3

将大块二硼化钛经颚式破碎机破碎和高能球磨机精磨，得到二硼化钛粉末。球磨条件：球500g，其中大球124.5g，中球208g，小球167.5g，二硼化钛250g；球磨转速250r/min；球磨时间1h。得到二硼化钛粉末粒粒径：D50=23.57μm，D10-=5.26μm，D90=49.55μm；二硼化钛粉末中C含量为6.31%。

一级反浮选：称取上述二硼化钛130g，配制470gpH=8.0的碳酸钠溶液。将该溶液加入XFD-0.60型系列单槽浮选机浮选槽中，把浮选槽装入浮选机，开启搅拌，把称量好的二硼化钛加入浮选槽中，搅拌3min。按640g/t二硼化钛的比例加入一定量的煤油，搅拌5min，按64g/t二硼化钛的比例加入一定量的松醇油，搅拌3min，通入空气，进行反浮选操作。直至不再有气泡出现，停止操作，反浮选结束。

反浮选结束后将浮选槽中的悬浮液过滤烘干得到二硼化钛粉末作为二级反浮选原料。

二级反浮选：称取一级反浮选结束后浮选槽中得到的二硼化钛130g，配制470gpH=8.0的碳酸钠溶液。将该溶液加入XFD-0.60型系列单槽浮选机浮选槽中，把浮选槽装入浮选机，开启搅拌，把称量好的二硼化钛加入浮选槽中，搅拌3min。按640g/t二硼化钛的比例加入一定量的煤油，搅拌5min，按64g/t二硼化钛的比例加入一定量的松醇油，搅拌3min，通入空气，进行反浮选操作。直至不再有气泡出现，停止操作，反浮选结束。

反浮选结束后将浮选槽中的悬浮液过滤烘干得到二硼化钛粉末。将一级、二级反浮选产生的废液中的二硼化钛沉降与表层泡沫分离，过滤烘干得到二硼化钛粉末作为一级反浮选原料。对二级反浮选最终得到二硼化钛粉末检测，测得其中C含量为0.62%，碳脱除率为90.17%。

实施例4

将大块二硼化钛经颚式破碎机破碎和高能球磨机精磨，得到二硼化钛粉末。球磨条件：球500g，其中大球124.5g，中球208g，小球167.5g，二硼化钛250g；球磨转速250r/min；球磨时间1h。得到二硼化钛粉末粒粒径：D50=23.57μm，D10=5.26μm，D90=49.55μm；二硼化钛粉末中C含量为6.31%。

一级反浮选：称取上述二硼化钛140g，配制460gpH=8.0的碳酸钠溶液。将该溶液加入XFD-0.60型系列单槽浮选机浮选槽中，把浮选槽装入浮选机，开启搅拌，把称量好的二硼化钛加入浮选槽中，搅拌3min。按680g/t二硼化钛的比例加入一定量的煤油，搅拌5min，按68g/t二硼化钛的比例加入一定量的松醇油，搅拌3min，通入空气，进行反浮选操作。直至不再有气泡出现，停止操作，反浮选结束。

反浮选结束后将浮选槽中的悬浮液过滤烘干得到二硼化钛粉末作为二级反浮选原料。二级反浮选：称取一级反浮选结束后浮选槽中得到的二硼化钛140g，配制460gpH=8.0的碳酸钠溶液。将该溶液加入XFD-0.60型系列单槽浮选机浮选槽中，把浮选槽装入浮选机，开启搅拌，把称量好的二硼化钛加入浮选槽中，搅拌3min。按680g/t二硼化钛的比例加入一定量的煤油，搅拌5min，按68g/t二硼化钛的比例加入一定量的松醇油，搅拌3min，通入空气，进行反浮选操作。直至不再有气泡出现，停止操作，反浮选结束。

反浮选结束后将浮选槽中的悬浮液过滤烘干得到二硼化钛粉末。将一级、二级反浮选产生的废液中的二硼化钛沉降与表层泡沫分离，过滤烘干得到二硼化钛粉末作为一级反浮选原料。对二级反浮选最终得到二硼化钛粉末检测，测得其中C含量为0.71%，碳脱除率为88.75%。