Способ получения материала на основе тугоплавкого соединения титана, содержащего карбид кремния

 

Изобретение относится к способу получения тугоплавкого соединения титана, которое может быть использовано в металлообрабатывающей и химической промышленности. Сущность изобретения: предлагается способ получения материала на основе тугоплавкого соединения титана, содержащего карбид кремния, путем нагрева исходного сырья в газовой среде, в котором в качестве исходного сырья используют титаноносную нефтесодержащую руду и нагрев ведут при 1350-1800^oC в потоке газа или в вакууме. При этом в исходное сырье могут вводить дополнительно углерод в количестве 1,5-25,0 мас.%. Предлагаемый способ позволяет значительно расширить сырьевую базу. Кроме того, преимущества способа заключаются в том, что сырье содержит одновременно все нужные для получения материала компоненты: титан, кремний, углерод, и процесс идет при температурах значительно более низких, чем в известном способе. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к способу получения тугоплавкого соединения титана, которое может быть использовано в металлообрабатывающей и химической промышленности.

Известен способ получения углеродсодержащего материала, в состав которого входят карбид кремния и карбиды группы титана (заявка Японии N 2-27304, кл. C 04 B 35/52, 35/56, 1990). Углеродсодержащий материал вместе с кремнийсодержащим материалом и материалом, содержащим элементы группы титана, выдерживают в инертной атмосфере, исключающей влияние кислорода, при температуре выше температуры плавления кремнийсодержащего материала. В результате реакции кремнийсодержащего материала с углеродсодержащим материалом образуется карбид кремния. Реакция происходит с большим выделением тепла, под действием которого инициируется реакция углеродсодержащего материала с материалом, содержащим элементы группы титана, с образованием материала, содержащего углерод, карбид кремния и карбиды элементов группы титана.

Недостатком способа является его сложность, обусловленная двухстадийностью процессов и использованием в качестве исходного сырья нескольких составляющих компонентов.

Наиболее близким из известных является способ получения состава системы SiC-Ti(N-C) нагреванием кремнеземного, титансодержащего и углеродного сырья при температуре выше 2100^oC (заявка Японии N 60-3031, кл. C 04 B 35/56, 1985).

Недостатками способа являются как использование в качестве исходного сырья нескольких составляющих компонентов, так и высокая температура процесса.

Задача изобретения разработка более простого способа получения материала на основе тугоплавкого соединения титана, содержащего карбид кремния, в частности, предложить исходное сырье, в состав которого входят одновременно все три необходимых ингредиента: титан, кремний и углерод.

Поставленная задача решена в способе получения материла на основе тугоплавкого соединения титана, содержащего карбид кремния, путем нагрева исходного сырья в газовой среде, в котором в качестве исходного сырья используют нефтесодержащую титаноносную руду, в потоке газа или в вакууме, и нагрев ведут при температуре 1350-1800^oC. При этом в исходное сырье могут вводить дополнительно углерод в количестве 1,5-25,0 мас.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известно использование нефтесодержащей титаноносной руды в качестве исходного сырья для получения материала на основе тугоплавкого соединения титана, содержащего карбид кремния, а также проведение процесса нагрева в интервале температур 1350-1800^oC в потоке газа или в вакууме.

Нефтесодержащая титаноносная руда после извлечения из нее основного количества нефти не находит непосредственного применения.

В промышленных целях, в частности, для производства пигмента на основе диоксида титана, губчатого титана, металлургического диоксида титана, используют лейкоксеновый концентрат, который образуется после обжига при достаточно высоких температурах, химической и автоклавной обработках нефтесодержащей титаноносной руды. В предлагаемом техническом решении используют в качестве исходного сырья непосредственно нефтесодержащую титаноносную руду. Причем может быть использована как руда после извлечения из нее основного количества нефти, так и после последующих стадий, направленных на более полное удаление нефти. В таблице приведен состав руды по содержанию основных компонентов: состав A нефтесодержащая титаноносная руда после извлечения из нее основного количества нефти; состав Б после проведения флотационной обработки для более полного удаления нефти.

Как отмечалось выше, нефтесодержащую титаноносную руду получают при извлечении нефти. В частности, руда при добыче нефти на Пижемском нефтетитановом месторождении имеет химический состав (%), представленный в таблице.

Материал на основе тугоплавкого соединения титана, содержащий карбид кремния, получают при 1350-1800^oC в газовом потоке или в вакууме с использованием в качестве восстановителя внутреннего углерода, образующегося в результате крекинга и пиролиза нефтяных остатков в руде. При необходимости получения материала с большим содержанием связанного углерода в исходное сырье может быть введено дополнительное количество углерода, равное 1,5-25,0 мас.

Предлагаемый способ заключается в следующем.

Берут исходную нефтесодержащую титаноносную руду, состав которой соответствует составу А или составу Б (таблица), тщательно перетирают, помещают в графитовые тигли (лодочки), которые загружают в печь типа ТВВ-4 с графитовым нагревателем, печь предварительно заполняют газовой средой: азотом или инертным газом под давлением, равным 1,0-1,2 атм.

При проведении процесса в вакууме тигли помещают в вакуумную печь типа СШВЛ (СНВ). Печь нагревают до 1350-1800^oC и выдерживают при этой температуре в течение 1-6 ч; в случае использования газовой атмосферы в потоке газа, подаваемого со скоростью 1,0-2,5 мл/мин. Полученный продукт охлаждают, подвергают химическому и фазовому анализам.

Пример 1. Берут 100 г руды (состава А, таблица), тщательно перетирают, помещают в графитовые стаканчики по 15-20 г каждый (лодочки), которые загружают в печь типа ТВВ-4 с графитовым нагревателем, печь заполняют азотом при 1 атм. Нагревают до температуры 1350^oC и выдерживают при этой температуре 1 ч в потоке азота, подаваемого со скоростью 2,5 мл/ч. Полученный продукт охлаждают. По данным фазового анализа получают порошковую смесь фаз TiC_xN_yO_z (90,7%), где x 0,10; y 0,88; z 0,05 и SiC (9,3%). По данным химического анализа получают материал состава, мас. Ti 66,93; Si 6,10; C 4,32; N 18,1; O 1,1; Fe 1,5; Al 3,0; C_св не обнаружен.

Пример 2. Берут 100 г руды (состава А, таблица), тщательно перетирают, помещают в графитовые стаканчики по 15-20 г, которые помещают в вакуумную печь типа СШВЛ (СНВ), нагревают до температуры 1800^oC и выдерживают при этой температуре 3 ч при P 10^-5 мм рт.ст. Полученный продукт охлаждают. По данным фазового анализа получают порошковую смесь фаз TiC_xO_y (92,2%), где x 0,23, y 0,62 и SiC (7,8%); по данным химического анализа получают материал состава, мас. Ti 63,66; Si 4,73; C 5,7; O 13,3; Fe 3,0; Al 3,3; C_своб. не обнаружен.

Пример 3. Берут 100 г руды (состава А, таблица), тщательно перетирают, помещают в графитовые стаканчики (лодочки) по 15-20 г, которые помещают в вакуумную печь типа СШВЛ (СНВ), откачивают вакуум (вакуумируют до 10^-5 мм рт.ст.), затем заполняют печь инертным газом (аргон) при P ин.газ 1 атм, нагревают до температуры 1350^oC и выдерживают при этой температуре 6 ч в потоке инертного газа, подаваемого со скоростью 1,5 мл/мин. Полученный продукт охлаждают. По данным фазового анализа получают смесь фаз: TiC_xO_y (92,13%), где x 0,24; y 0,70 и SiO (7,87%). По данным химического анализа получают материал состава, мас. Ti 67,97; Si 5,1; C 6,2; O 15,9; Fe 1,0; Al 1,1, C_своб. не обнаружен.

Пример 4. Берут руду, состава Б табл. 1, тщательно перетирают, помещают в графитовые стаканчики по 15-20 г, которые загружают в печь типа ТВВ-4 с графитовым нагревателем, печь заполняют азотом при 1 атм, нагревают до температуры 1350^oC и выдерживают при этой температуре 1 ч в потоке азота, подаваемого со скоростью 2,5 мл/мин, полученный продукт охлаждают. По данным фазового анализа получают порошковую смесь фаз TiC_xN_yO_z (98,1%), где x 0,16; y 0,90; z 0,5; и SiC (1,9%). По данным химического анализа получают материал состава, мас. Ti 69,35; Si 1,20; C 3,44; N 18,33; O 0,83; Fe 2,6; Al 3,2; C_св не обнаружен.

Ведение процесса при температуре ниже 1300^oC приводит по данным фазового анализа к получению смеси фаз, которая наряду с основными содержит примесные фазы: SiO₂; TiO₂.

Ведение процесса при температуре выше 1800^oC нецелесообразно, так как не оказывает влияния на состав получаемого материала, но ведет к дополнительным затратам электроэнергии.

Для получения материалов с большим содержанием связанного углерода в конечном продукте необходимо дополнительное введение углерода в исходное сырье в количестве 1,5-25,0% При этом возможно значительное увеличение содержания SiC в готовом продукте.

Пример 5. Берут руду (состава А, таблица) в количестве 75,0 г, добавляют 25,0 г углерода (25,0 мас.) в виде сажи, тщательно перемешивают, перетирают, помещают в графитовые стаканчики (лодочки) по 15-20 г, которые помещают в печь ТВВ-4 с графитовым нагревателем, печь заполняют азотом при 1 атм, нагревают до T 1350^oC и выдерживают 1 ч в потоке азота, подаваемого со скоростью, равной 1,5 мл/мин, продукт охлаждают. По данным фазового анализа получают смесь фаз: TiC_xN_yO_z (63,3%), где x 0,59; y 0,55; z 0,03; SiC 36,7% По данным химического анализа мас. Ti 46,7; Si 23,7; C 16,94; N 7,44; O 0,4; Fe 1,6; Al 1,6, C_св не обнаружен.

Пример 6. Берут руду состава А таблицы в количестве 98,50 г, добавляют 1,5 г (1,5 мас.) углерода в виде сажи; тщательно перемешивают, перетирают, помещают в графитовые стаканчики (лодочки) по 15-20 г, которые помещают в печь ТВВ-4 с графитовым нагревателем, печь заполняют азотом при 1 атм, нагревают до T 1350^oC и выдерживают 1 ч в потоке азота, подаваемого со скоростью, равной 2,0 мл/мин. Продукт охлаждают. По данным фазового анализа получают смесь фаз: TiC_xN_yO_z (94,8% ), где x 0,13; y 0,89; z 0,04; и SiC (5,2% ). По данным химического анализа, мас. Ti 70,06; Si 3,4; C 3,65; N 18,25; O 0,93; Fe 0,8; Al 3,4, C_св. не обнаружено.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет значительно расширить сырьевую базу для получения тугоплавкого материала за счет использования непосредственно нефтесодержащей титаноносной руды. Кроме того, преимущества способа при использовании предлагаемого сырья заключается в том, что во-первых, сырье содержит одновременно все нужные для получения материала компоненты: титан, кремний, углерод, во-вторых, процесс идет при температурах, значительно более низких, чем в известном способе.

Формула изобретения

1. Способ получения материала на основе тугоплавкого соединения титана, содержащего карбид кремния, путем нагрева исходного сырья в газовой среде, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют титаноносную нефтесодержащую руду и нагрев ведут при температуре 1350 1800^oС в потоке газа или в вакууме.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в исходное сырье вводят дополнительно углерод в количестве 1,5 25,0 мас.

РИСУНКИ

Рисунок 1