RU2498880C1 - Способ получения порошка диборида титана для материала смачиваемого катода алюминиевого электролизера - Google Patents
Способ получения порошка диборида титана для материала смачиваемого катода алюминиевого электролизера Download PDFInfo
- Publication number
- RU2498880C1 RU2498880C1 RU2012134603/02A RU2012134603A RU2498880C1 RU 2498880 C1 RU2498880 C1 RU 2498880C1 RU 2012134603/02 A RU2012134603/02 A RU 2012134603/02A RU 2012134603 A RU2012134603 A RU 2012134603A RU 2498880 C1 RU2498880 C1 RU 2498880C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- synthesis
- titanium
- temperature
- cathode material
- Prior art date
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 38
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 7
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 26
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims description 15
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 15
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 title claims description 10
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 title 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 24
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 22
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 claims abstract description 12
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000004071 soot Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 claims description 18
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 10
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- IYVLHQRADFNKAU-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);titanium(4+);hydrate Chemical compound O.[O-2].[O-2].[Ti+4] IYVLHQRADFNKAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 2
- JUWGUJSXVOBPHP-UHFFFAOYSA-B titanium(4+);tetraphosphate Chemical compound [Ti+4].[Ti+4].[Ti+4].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O JUWGUJSXVOBPHP-UHFFFAOYSA-B 0.000 description 2
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 B 2 O 3 ) Chemical compound 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000004125 X-ray microanalysis Methods 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000010218 electron microscopic analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000013462 industrial intermediate Substances 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- KELHQGOVULCJSG-UHFFFAOYSA-N n,n-dimethyl-1-(5-methylfuran-2-yl)ethane-1,2-diamine Chemical compound CN(C)C(CN)C1=CC=C(C)O1 KELHQGOVULCJSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- MOWNZPNSYMGTMD-UHFFFAOYSA-N oxidoboron Chemical class O=[B] MOWNZPNSYMGTMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);titanium(4+) Chemical class [O-2].[O-2].[Ti+4] SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000006257 total synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к материалу смачиваемого анода алюминиевого электролизера. Порошок диборида титана получают при проведении карботермической реакции между мелкодисперсными порошковыми компонентами шихты из безводного диоксида титана, борного ангидрида или борной кислоты и углерода в виде сажи. Борную кислоту или борный ангидрид вводят в порошковую шихту в виде раствора, а синтез проводят при температуре не выше 1473 К в течение 3-4 часов. Изобретение позволяет повысить технологичность, эксплуатационные характеристики производимого из порошка катодного материала, снизить энергетические затраты, улучшить технико-экономические показатели процесса производства смачиваемого материала. 1 табл.
Description
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к технологии производства алюминия путем электролиза криолит-глиноземных расплавов.
Алюминиевый электролизер имеет углеродный катод, который не смачивается выделяющимся на нем жидким алюминием, что является причиной ряда серьезных проблем технологии. Задача создания смачиваемого алюминием, экономически выгодного катода является важной для действующих технологий электролиза и необходимой для перспективных конструкций электролизеров, таких как аппараты с дренированным или вертикальным катодом.
Предложено большое количество смачиваемых алюминием материалов для катодов электролизеров, включающих как основной функциональный компонент порошок борида металла и реализуемых на практике в виде покрытий на углеграфитовой подине, наклеиваемых на нее плиток, объемных изделий-компонентов катода [US №4466966, C07D 239/16, C07B 243/04, C07D 239/02, опубл. 21.08.1984; RU №2135643, C25C 3/06, C25C 3/08, C23C 20/08, C04B 35/58, опубл. 27.08.1999; US №5753163, C04B 35/58, C04B 41/51, C04B 41/88, C25C 3/08, B28B 1/26, опубл. 19.05.1998]. Все предложенные материалы-композиты, в которых в качестве функциональной основы обычно выступает диборид титана (т.к. бориды других металлов и дороже, и менее стойки в контакте с жидким алюминием), обеспечивающие смачиваемость расплавом алюминия, а связующее обычно углеродное или алюмооксидное - связывание в прочное, пористое тело.
Решение научно-технической проблемы применения таких материалов в промышленных масштабах наталкивается, в первую очередь, на высокую стоимость указанного функционального компонента - диборида титана, так как предложенные тонкие покрытия быстро изнашиваются и поэтому неэффективны, а толстые покрытия или объемные изделия экономически невыгодны даже при пониженном, до 30-40%, содержании диборида. Еще более низкое содержание не обеспечивает надежного смачивания композита алюминием.
В промышленности диборид титана получают в виде порошка [Самсонов Г.В. Бориды / Г.В.Самсонов, Т.И.Серебрякова, В.А.Неронов. - М.: Атомиздат, 1975. - 376 с.; Серебрякова Т.И. Высокотемпературные бориды / Т.И.Серебрякова, В.А.Неронов, П.Д.Пешев. - М.: Металлургия, 1991. - 368 с.], преимущественно карботермическим восстановлением оксидов титана и бора при температурах порядка 2100-2300 К:
или методом СВС (самораспространяющийся высокотемпературный синтез) с металлами-восстановителями (обычно алюминий, магний):
Основной недостаток первого способа - очень высокие температуры синтеза, энергоемкость, высокая стоимость оборудования, что определяет и высокую стоимость продукта, а второго - необходимость дальнейшей затратной очистки от примесей. Кроме того, в методе СВС трудно управлять дисперсностью и морфологией готового порошка, имеющего весьма неоднородную микроструктуру.
Известен ряд предложений, способствующих понижению температуры карботермического синтеза и, следовательно, повышению экономической эффективности процесса. Например, в работе [Kang S.H. Synthesis of nano-titanium diboride powders by carbothermal reduction / S.H.Kang, D.J.Kim // J. of the European Ceramic Society, 2007, V.27 - P.715-718] предложен синтез диборида из порошков TiO2, B2O3 и С, смешанных в соотношении 1:2:5 в планетарной мельнице в течение 2 ч. Далее смесь сушат, гранулируют и отжигают при T=773 К в течение часа, а затем проводили основную стадию синтеза при 1773 К в течение 20 мин. Для избавления от излишек оксида бора полученный материал перемешивают в течение 12 ч с добавкой метанола. Средний размер частиц TiB2 составляет 80 нм.
Недостатками этого предложения являются как технологическая сложность процесса, так и слишком мелкий, для рассматриваемого применения, размер частиц продукта.
В работе [Welham N.J. Mechanical Enhancement of the Carbothermic Formation of TiB2 / N.J Welham // Metallurgical and materials transactions A, 2000, v.31, №1. - pp.283-289] предлагается осуществлять процесс между мелкодисперсными, тщательно перемешенными исходными порошковыми компонентами TiO2 (0,2-0,3 мкм), B2O3 (<50 мкм) и графитом (<10 мкм), смесь из которых длительное время (до 100 ч) обрабатывают в мельнице. Способ позволяет получать диборид титана при температуре 1473 К с выходом целевого продукта около 90% и приемлемым размером частиц более 1 мкм.
Однако важным недостатком такого процесса является длительное время помола, а также возможное загрязнение продукта за счет «намола» вещества корпуса мельницы и мелющих тел.
Известно также другое техническое решение [US №2929685, C01B 35/04, опубл. 22.03.1960], где предложено диоксид титана заменить фосфатом титана. Это позволило существенно понизить температуру синтеза и, следовательно, повысить экономическую привлекательность решения: диборид титана был получен из смеси, содержащей фосфат титана, борный ангидрид и уголь, при 1373-1873 К.
Однако указанный способ не может быть принят для решения данной проблемы, так как присутствие примеси фосфора даже в малых количествах, как известно, недопустимо с точки зрения использования материала в электролизной ванне, способствующее существенному понижению выхода по току.
Известны также исследования, в которых используют борную кислоту вместо борного ангидрида, в качестве источника бора в карботермическом синтезе TiB2 [Shahbahrami В. The effect of processing parameters in the carbothermal synthesis of titanium diboride powder / B.Shahbahrami, F.Golestani Fard, A. Sedghi // Advanced Powder Technology, 2012, V.23. - P.234-238]. Авторы готовят смесь из порошков TiO2, H3BO3 и С при соотношении компонентов TiO2:Н3ВО3:C=1:2,4:5 (значительно выше стехиометрического содержания), нагревают в течение 1 ч при температуре 1273-1873 К. Реакция протекает полностью при Т=1773 К. В зависимости от времени термообработки возможно получить размер частиц продукта от 1-5 до 20-50 мкм.
Существенным недостатком такого процесса являются большие избыточные количества борной кислоты и углерода, от которых в дальнейшем необходима очистка, и температура, обеспечивающая высокий выход продукта, также достаточно велика.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ получения порошка диборида титана, предложенный в патенте [US №2973247, C01B 35/04, опубл. 28.02.1961]. В данном способе смесь водной суспензии промышленного полупродукта - диоксида титана гидрата, углерода в виде сажи и борного ангидрида или борной кислоты, тщательно перемешивают в мельнице, просушивают и далее прокаливают в течение 1-3 ч при температуре, взятой из интервала 1623-2023 К. Так, термообработка при 1773 К в течение 1,5 ч дает продукт-диборид титана в виде неагрегированного порошка. В способе используются дешевые компоненты, получая порошок, не требующий дальнейшего размола с преимущественными размерами частиц в подходящем диапазоне 1-15 мкм. Однако эффективная температура основной энергоемкой стадии обжига остается довольно высокой - порядка 1773 К, что является существенным недостатком метода, снижающим технологические и экономические параметры процесса получения целевого продукта. Кроме того, суспензия диоксида титана гидрата производится, как правило, из сульфатных растворов и поэтому содержит до 10% серной кислоты, что может привести к образованию серосодержащих примесей в конечном продукте и потребовать введение стадии дополнительной очистки.
Задачей изобретения является разработка энергосберегающего способа синтеза порошка диборида титана в неагломерированной форме в мягких температурных условиях, предназначенного, в первую очередь, для материала смачиваемого катода, который обеспечивал бы технологичность процесса при необходимом качестве продукта синтеза и приемлемых экономических показателях.
Таким образом, технический результат, получаемый в результате использования предлагаемого изобретения, заключается в повышении технологичности, эксплуатационных характеристик производимого из продукта катодного материала, снижении энергетических затрат, улучшении технико-экономических показателей процесса производства смачиваемого материала.
Технический результат достигается тем, что в способе получения порошка диборида титана для материала смачиваемого катода алюминиевого электролизера, включающем проведение карботермической реакции между мелкодисперсными порошковыми компонентами шихты из диоксида титана гидрата, борного ангидрида или борной кислоты, как источника бора, и углерода в виде сажи, новым является то, что в качестве источника титана используют безводный диоксид титана, в качестве источника бора используют борную кислоту, которую вводят в порошковую шихту в виде раствора, а синтез проводят при температуре не выше 1473 К в течение 3-4 часов.
Известный способ получения порошка диборида титана видоизменяется таким образом, что бор вводится в реакционную смесь в виде раствора борной кислоты с последующим выпариванием. Борная кислота в виде раствора, смешиваемого с готовым высокодисперсным, безводным диоксидом титана и сажей, позволяет получить статистически однородное взаимное распределение фазовых компонентов и осуществлять синтез при относительно низкой температуре - не выше 1473 К с высоким выходом целевого продукта (TiB2) - до 93-95% с частицами порошка размером до 5-10 мкм в неагрегированной форме, и достаточно чистого для рассматриваемого применения без дополнительной очистки, что обеспечивает существенное понижение стоимости диборидного компонента катодного композита.
От прототипа заявляемый способ отличается тем, что:
- в качестве источника титана используется безводный диоксид титана в виде промышленного пигмента, имеющий высокую дисперсность с размером частиц 0,2-0,3 мкм, что не вносит дополнительных примесей в готовый продукт и способствует получению качественного порошка;
- в качестве источника бора используют борную кислоту, которую вводят в реакционную порошковую смесь из диоксида титана и сажи в виде раствора, после выпаривания которого борсодержащий компонент однородно распределяется по поверхности готового коммерческого порошка диоксида титана в виде высокодисперсных кристаллов конденсационной природы, что повышает реакционную способность контактирующих компонентов, сокращает диффузионные пути переноса реагирующих частиц и позволяет существенно понизить температуру технологического процесса;
- процесс ведут при температуре 1473 К.
Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна». Признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей химии и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».
Заявляемый способ получения порошка диборида для материала смачиваемого катода алюминиевого электролизера является энергосберегающим процессом получения в мягких температурных условиях порошковой смеси, содержащей, преимущественно, диборид титана в неагломерированной форме, а также малое количество других фазовых компонентов, которые не являются вредными в катодном материале алюминиевого электролизера и, следовательно, не требуется дополнительная очистка от них. Низкая температура синтеза и отсутствие необходимости дополнительной очистки продукта обеспечивает существенное понижение стоимости диборидного компонента катодного композита. Это, в свою очередь, позволяет создавать технологичный и экономичный смачиваемый алюминием катодный материал, что ведет к увеличению срока службы промышленного электролизера и повышению его технико-экономических показателей.
Сущность способа заключается в следующем.
Исходную порошковую шихту для карботермического синтеза диборида титана готовят в виде однородной, высокодисперсной (нанодисперсной) смеси порошков-источников бора (борный ангидрид, B2O3), титана (диоксид титана, TiO2) и восстановителя-углерода (сажа). Товарный диоксид (пигмент) и сажа имеют нужную дисперсность и задача состоит во введении борного ангидрида тоже в виде высокодисперсных частиц. Последнее достигается путем добавления к шихте раствора борной кислоты (Н3ВО3) в расчетном количестве, и дальнейшего выпаривания до полного удаления связанной воды (2Н3ВО3=B2O3+3H2O, 430-470 К), в результате чего образуется борный ангидрид в виде высокодисперсных частиц конденсационного происхождения, равномерно распределенных в объеме порошковой шихты.
Эксперименты проведены с одинаковым стехиометрическим составом шихты в соответствии с уравнением (1), т.е. при использовании борной кислоты вместо борного ангидрида суммарная реакция синтеза выглядит следующим образом:
и согласно (3) каждая загрузка имела следующий состав: 79,9 г TiO2, 123,6 г Н3ВО3 и 60 г С. Размер частиц TiO2 составляет 0,2-0,3 мкм, сажи - порядка 0,05 мкм. Продолжительность синтеза составляла 1-4 часа при температуре 1373-1473 К. Результаты приведены в таблице 1.
Предлагаемый способ получения порошка диборида титана лабораторно апробирован, продукты синтеза подвергнуты рентгенофазовому и электронномикроскопическому анализу.
| Таблица 1 | |||||
| Результаты карботермического синтеза TiB2 | |||||
| Температура синтеза, К | Продолжительность синтеза, ч | TiB2, % | TiC (TiO), % | Прочие, % | |
| Пример 1 | 1373 | 4 | - | 32 | 68 |
| Пример 2 | 1423 | 4 | 28 | 24 | 48 |
| Пример 3 | 1473 | 4 | 95 | 5 | - |
| Пример 4 | 1473 | 3 | 93 | 7 | - |
| Пример 5 | 1473 | 2 | 72 | 16 | 12 |
| Пример 6 | 1473 | 1 | 47 | 18 | 35 |
Результаты показали, что оптимальная температура синтеза составляет 1473 К, продолжительность термообработки - 3-4 ч.
Основную часть порошка в примерах №№3 и 4 составляют неагломерированные гексагональные пластинчатые кристаллы диборида титана до 5-10 мкм в поперечнике и до 4 мкм толщины.
Карбид и монооксид титана, как известно, рентгенографически трудноразличимы, но совместное применение микрорентгеноспектрального анализа показало присутствие обоих этих веществ в виде кристаллов октаэдрического строения размером 2-3 мкм.
В колонке «Прочие» таблицы 1 отражены, в основном, оксиды титана различных промежуточных степеней окисления.
Низкое содержание посторонних компонентов (карбид и монооксид титана) позволяет обойтись без дополнительных стадий очистки порошка перед его использованием в качестве основного компонента для смачиваемого катодного композита, что еще более удешевляет производство.
Полученные порошковые смеси (примеры №№3 и 4) были также испытаны в целевом применении: из них изготовлены катоды для вертикального лабораторного электролизера в виде брусков размером около 10×10×100 мм. К смеси из примеров №№3 и 4 добавляли 20% пульвербакелита - в качестве связующего, изопропиловый спирт - в качестве растворителя. Из шихты прессовали заготовки в стальной пресс-форме, которые далее обжигали под углеродной постелью при температуре около 1000°С. Катоды прошли электрохимические испытания в указанном электролизере при следующих условиях: криолитовое отношение КО=1,8 (состав электролита, %: 90,4Na3AlF6-5,6NaF-4Al2O3), электролит насыщен по глинозему, температура электролиза 1193 К, рабочая катодная плотность тока 0,8 А/см2, длительность испытания - 24 ч.
Визуальный и микроскопический контроль образцов после испытания показал, что в процессе электролиза катоды хорошо смачивались и покрывались тонкой пленкой алюминия. При этом внешние размеры катода после испытаний не изменились. Это свидетельствует о приемлемом качестве полученного катодного материала и, следовательно, об эффективности предложенного технического решения.
Совокупные преимущества способа получения порошка диборида титана для материала смачиваемого катода алюминиевого электролизера заключаются в реализации энергосберегающего, низкотемпературного процесса с высоким выходом продукта в виде неагломерированного порошка, не требующего дополнительного размола, с малым содержанием примесных фаз, не требующих очистки, что обеспечивает технологическую и экономическую эффективность предлагаемого решения.
Claims (1)
- Способ получения порошка диборида титана для материала смачиваемого катода алюминиевого электролизера, включающий проведение карботермической реакции между компонентами шихты из диоксида титана, источника бора и источника углерода в виде сажи, отличающийся тем, что в качестве источника титана используют мелкодисперсный порошок безводного диоксида титана, в качестве источника бора используют борную кислоту или борный ангидрид, который вводят в шихту в виде раствора, а синтез проводят при температуре не выше 1473 К в течение 3-4 часов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012134603/02A RU2498880C1 (ru) | 2012-08-13 | 2012-08-13 | Способ получения порошка диборида титана для материала смачиваемого катода алюминиевого электролизера |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012134603/02A RU2498880C1 (ru) | 2012-08-13 | 2012-08-13 | Способ получения порошка диборида титана для материала смачиваемого катода алюминиевого электролизера |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2498880C1 true RU2498880C1 (ru) | 2013-11-20 |
Family
ID=49710082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012134603/02A RU2498880C1 (ru) | 2012-08-13 | 2012-08-13 | Способ получения порошка диборида титана для материала смачиваемого катода алюминиевого электролизера |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2498880C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2559482C2 (ru) * | 2013-12-17 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Способ получения диборида титана |
| RU2603407C1 (ru) * | 2015-04-30 | 2016-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Эксперт-Ал" (ООО "Эксперт-Ал") | Способ получения порошка диборида титана |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2973247A (en) * | 1952-09-03 | 1961-02-28 | Nat Lead Co | Titanium boride and method for making same |
| DE3123974A1 (de) * | 1980-06-23 | 1982-02-04 | Kennecott Corp., 6904 Stamford, Conn. | Gesinterter keramischer gegenstand |
| SU1468859A1 (ru) * | 1987-07-06 | 1989-03-30 | Институт Физики Ан Киргсср | Шихта дл получени диборида титана |
| SU1708527A1 (ru) * | 1989-05-24 | 1992-01-30 | Московский институт тонкой химической технологии | Способ получени порошка тугоплавкого соединени титана |
| RU2063391C1 (ru) * | 1992-04-01 | 1996-07-10 | Институт материаловедения ДВО РАН | Способ получения керамического материала на основе диборида титана |
-
2012
- 2012-08-13 RU RU2012134603/02A patent/RU2498880C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2973247A (en) * | 1952-09-03 | 1961-02-28 | Nat Lead Co | Titanium boride and method for making same |
| DE3123974A1 (de) * | 1980-06-23 | 1982-02-04 | Kennecott Corp., 6904 Stamford, Conn. | Gesinterter keramischer gegenstand |
| SU1468859A1 (ru) * | 1987-07-06 | 1989-03-30 | Институт Физики Ан Киргсср | Шихта дл получени диборида титана |
| SU1708527A1 (ru) * | 1989-05-24 | 1992-01-30 | Московский институт тонкой химической технологии | Способ получени порошка тугоплавкого соединени титана |
| RU2063391C1 (ru) * | 1992-04-01 | 1996-07-10 | Институт материаловедения ДВО РАН | Способ получения керамического материала на основе диборида титана |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2559482C2 (ru) * | 2013-12-17 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Способ получения диборида титана |
| RU2603407C1 (ru) * | 2015-04-30 | 2016-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Эксперт-Ал" (ООО "Эксперт-Ал") | Способ получения порошка диборида титана |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jankovský et al. | Towards highly electrically conductive and thermally insulating graphene nanocomposites: Al 2 O 3–graphene | |
| Song et al. | Synthesis of Ni-TiC composite powder electrochemically in molten chlorides | |
| Song et al. | Preparation of niobium carbide powder by electrochemical reduction in molten salt | |
| BR0115346B1 (pt) | Processo para a Produção de um Composto Intermetálico (M1Z) | |
| EP0378584A1 (en) | Cermet anode with continuously dispersed alloy phase and process for making | |
| Balcı et al. | Synthesis of CaB6 powders via mechanochemical reaction of Ca/B2O3 blends | |
| CN102924092A (zh) | 一种高分散片状氧化铝的低成本、无污染制备方法 | |
| Zhao et al. | Formation of Ti or TiC nanopowder from TiO 2 and carbon powders by electrolysis in molten NaCl–KCl | |
| Lin et al. | The electrochemical synthesis of TiC reinforced Fe based composite powder from titanium-rich slag | |
| Gupta et al. | Effect of cobalt oxide doping on the corrosion behavior of iron-alumina metal matrix nanocomposites | |
| RU2498880C1 (ru) | Способ получения порошка диборида титана для материала смачиваемого катода алюминиевого электролизера | |
| CN110143807A (zh) | 一种钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖及其制备方法 | |
| Geun-Ho et al. | Improvement of oxidation resistance in graphite for MgO–C refractory through surface modification | |
| CN107127334B (zh) | 一种碳化物-金属核-壳结构的纳米颗粒及其制备方法 | |
| JP4765066B2 (ja) | シリコンの製造方法 | |
| Safarian et al. | Smelting-reduction of bauxite for sustainable alumina production | |
| Liu et al. | A novel preparation of Zr–Si intermetallics by electrochemical reduction of ZrSiO 4 in molten salts | |
| CN104213154B (zh) | 利用氧化镁为原料电解制备镁合金的方法 | |
| CN109650893A (zh) | 一种低温制备含钛复合阳极的方法 | |
| Pang et al. | Electrosynthesis of Ti3AlC2-derived porous carbon in molten salt | |
| Ginting et al. | Synthesis and characterization of alumina precursors derived from aluminum metal through electrochemical method | |
| Wang et al. | Effect of TiC on TiB2-carbon inert cathodes for aluminum electrolysis | |
| Liu et al. | In situ nano-sized ZrC/ZrSi composite powder fabricated by a one-pot electrochemical process in molten salts | |
| Bin | Behavior of titanium dioxide in alumina carbothermic reduction-chlorination process in vacuum | |
| Yang et al. | Anodized oxidative electrosynthesis of magnesium silicate whiskers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190814 |