Повторная переработка материалов диборида титана

Повторная переработка материалов диборида титана

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Настоящая заявка испрашивает приоритет даты предварительной заявки на патент США №61/656357, поданной 6 июня 2012 г., предварительной заявки на патент США №61/698897, поданной 10 сентября 2012 г., и предварительной заявки на патент США №61/787127, поданной 15 марта 2013 г. Описание предварительных заявок на патент США №№61/656357, 61/698897 и 61/787127 во всей полноте включается в настоящий документ путем ссылки для всех целей.

Уровень техники

1. Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к повторной переработке отходов или отработанных изделий из борида титана («TiB₂»), в том числе загрязненных изделий из TiB₂. Более конкретно, настоящее изобретение относится к повторной переработке изделий из TiB₂ путем хлорирования изделий из TiB₂, их очистки и проведения реакции с их участием с целью производства новых изделий из TiB₂. В некоторых вариантах осуществления изобретения изделия из диборида титана представляют собой 100% исходного TiB₂ для процесса повторной переработки. В некоторых вариантах осуществления изобретения изделия из диборида титана представляют собой некоторую процентную долю исходного TiB₂ для процесса повторной переработки.

В некоторых вариантах осуществления изобретения исходный TiB₂ хлорируют с целью повторной переработки отработанных изделий из TiB₂. В некоторых вариантах осуществления изобретения изделия из TiB₂ (например, включая добавки и/или примеси) могут быть подвергнуты хлорированию и обработке до одной или нескольких форм (TiO₂, BCl₂, TiB₂ и т.д.). В некоторых вариантах осуществления изобретения титановое сырье включает изделия из диборида титана и титановые руды и/или шлаки, которые подвергают обработке с образованием TiO₂ (например, TiO₂ пигментного качества). В некоторых вариантах осуществления изобретения изделия из диборида титана могут быть объединены с титановым сырьем (например, титановой рудой и/или титановым шлаком) в определенном весовом соотношении с целью получения TiO₂ и/или получения одного или нескольких продуктов процесса хлорирования.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение относится к способу повторной переработки TiB₂ и, в частности, к способу повторной переработки исходного TiB₂ путем хлорирования.

Дополнительные цели и преимущества настоящего изобретения станут более понятны из описания чертежей, подробного описания изобретения и формулы изобретения. Вышеизложенное и/или другие аспекты и польза настоящего изобретения возможны благодаря способу производства титанового продукта, включающего подготовку исходного TiB₂ и хлорирование подготовленного исходного TiB₂ с целью производства продукта - хлорида титана.

В другом варианте осуществления изобретения исходный TiB₂ включает изделия из TiB₂, и подготовка исходного TiB₂ включает измельчение изделий из TiB₂ до заданного среднего размера частиц TiB₂ или распределения частиц TiB₂ по размерам.

В другом варианте осуществления изобретения изделия из TiB₂ включают по меньшей мере одно из броневых продуктов, инструментов из TiB₂, покрытий из TiB₂, электродов из TiB₂ и порошков TiB₂.

В другом варианте осуществления изобретения исходный TiB₂ состоит, по существу, из измельченных изделий из TiB₂.

В другом варианте осуществления изобретения измельченные изделия из TiB₂ включают по меньшей мере один из остатков натрия и фтора.

В другом варианте осуществления изобретения измельченные изделия из TiB₂ включают не более чем 2% остатков натрия и фтора.

В другом варианте осуществления изобретения подготовка исходного TiB₂ дополнительно включает объединение изделий из TiB₂ с по меньшей мере одним из следующего: титансодержащими рудами и титановым шлаком.

В другом варианте осуществления изобретения подготовка исходного TiB₂ дополнительно включает измельчение изделий из TiB₂, объединенных по меньшей мере одним из следующего: титансодержащими рудами и титановым шлаком, до заданного среднего размера частиц или распределения частиц по размерам с целью подготовки исходного TiB₂.

В другом варианте осуществления изобретения титансодержащая руда включает ильменит.

В другом варианте осуществления изобретения титансодержащая руда характеризуется содержанием TiO₂ по меньшей мере 80% вес.

В другом варианте осуществления изобретения титановый шлак включает продукты плавления ильменитовой руды, прошедшие обработку с целью снижения содержания в них железа.

В другом варианте осуществления изобретения титановый шлак характеризуется содержанием TiO₂ по меньшей мере 85% вес.

В другом варианте осуществления изобретения исходный TiB₂ содержит не более 10% изделий из TiB₂.

В другом варианте осуществления изобретения исходный TiB₂ содержит примеси.

В другом варианте осуществления изобретения примеси включают по меньшей мере одну из следующих: Fe, Ni, Co, W, Na, F, Al, Li, Mg, Ca, Cl, галоидные соли, бораты и их сочетания.

В другом варианте осуществления изобретения примеси включают остатки солей, остатки электролитной ванны, натрийсодержащие материалы, кальцийсодержащие материалы и фторсодержащие материалы.

В другом варианте осуществления изобретения хлорирование подготовленного исходного TiB₂ включает хлорирование подготовленного исходного TiB₂ при помощи газообразного хлора и кокса в восстановительной атмосфере.

В другом варианте осуществления изобретения хлорирование подготовленного исходного TiB₂ включает хлорирование подготовленного исходного TiB₂ при помощи газообразного хлора и кокса при температуре более 700°С.

В другом варианте осуществления изобретения хлорирование подготовленного исходного TiB₂ включает хлорирование подготовленного исходного TiB₂ при помощи газообразного хлора и кокса при температуре менее 900°С.

В другом варианте осуществления изобретения хлорирование подготовленного исходного TiB₂ включает хлорирование подготовленного исходного TiB₂ в хлоринаторе с псевдоожиженным слоем при температуре от 900°С до 1000°С.

В другом варианте осуществления изобретения хлорирование подготовленного исходного TiB₂ включает хлорирование подготовленного исходного TiB₂ при помощи газообразного хлора и кокса при температуре менее 900°С.

В другом варианте осуществления изобретения хлорирование подготовленного исходного TiB₂ включает хлорирование подготовленного исходного TiB₂ при помощи газообразного хлора и кокса при температуре менее 800°С.

В другом варианте осуществления изобретения хлорирование подготовленного исходного TiB₂ включает хлорирование подготовленного исходного TiB₂ при помощи газообразного хлора и кокса при температуре менее 700°С.

В другом варианте осуществления изобретения при хлорировании подготовленного исходного TiB₂ образуется продукт - хлорид титана и продукт - хлорид бора.

В другом варианте осуществления изобретения подготовленный исходный TiB₂ потребляется при хлорировании и, по существу, превращается в парообразный хлорид титана.

В другом варианте осуществления изобретения способ дополнительно включает очистку хлорированного исходного TiB₂ с целью удаления побочных продуктов.

В другом варианте осуществления изобретения очистка хлорированного исходного TiB₂ включает отделение хлоридов с низкой, средней и высокой температурой кипения путем фракционной перегонки.

В другом варианте осуществления изобретения очистка хлорированного исходного TiB₂ дополнительно включает отделение не являющихся хлоридами соединений или шлака.

В другом варианте осуществления изобретения способ дополнительно включает проведение реакции с продуктом - хлоридом титана - с целью получения продукта - TiB₂.

В другом варианте осуществления изобретения проведение реакции с продуктом - хлоридом титана - включает окисление продукта - хлорида титана - с целью получения продукта - оксида титана и проведение реакции продукта - оксида титана - в форме карботермической реакции с целью получения продукта - TiB₂.

В другом варианте осуществления изобретения проведение реакции продукта - оксида титана - в форме карботермической реакции с целью получения продукта - TiB₂ включает добавление в ходе карботермической реакции продукта - оксида бора.

В другом варианте осуществления изобретения окисление продукта - хлорида титана - включает добавление к подготовленному исходному TiB₂ дополнительного хлорида титана в ходе хлорирования с целью получения продукта - хлорида титана.

В другом варианте осуществления изобретения способ дополнительно включает извлечение хлора из окисленного продукта - хлорида титана - и направление извлеченного хлора на использование в ходе хлорирования подготовленного исходного TiB₂ с целью получения продукта - хлорида титана.

В другом варианте осуществления изобретения проведение реакции с продуктом - хлоридом титана - включает: восстановление продукта - хлорида титана - газообразным Н₂ с целью получения продукта - TiB₂.

В другом варианте осуществления изобретения способ дополнительно включает проведение реакции продукта - хлорида титана - и продукта - хлорида бора с целью получения продукта - TiB₂.

В другом варианте осуществления изобретения проведение реакции продукта - хлорида титана - включает окисление продукта - хлорида титана - и продукта - хлорида бора - с целью получения продукта - оксида титана - и продукта - оксида бора и проведение реакции продукта - оксида титана - и продукта - оксида бора - в форме карботермической реакции с целью получения продукта - TiB₂.

В другом варианте осуществления изобретения не добавляют никакого существенного количества продукта - хлорида титана - или продукта - хлорида бора.

В другом варианте осуществления изобретения проведение реакции продукта - оксида титана - в форме карботермической реакции с целью получения продукта - TiB₂ не требует добавления продукта - оксида бора - в ходе карботермической реакции.

В другом варианте осуществления изобретения проведение реакции продукта - хлорида титана - включает: восстановление продукта - хлорида титана - и продукта - хлорида бора газообразным Н₂ с целью получения продукта - TiB₂.

В другом варианте осуществления изобретения не добавляют никакого существенного количества продукта - хлорида титана - или продукта - хлорида бора.

Краткое описание чертежей

Эти и/или другие аспекты и преимущества настоящего изобретения станут очевидны или более понятны из нижеследующего описания различных вариантов осуществления изобретения, рассматриваемых в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:

Фиг. 1 поясняет способ повторной переработки TiB₂ в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 2 поясняет способ повторной переработки TiB₂ в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 3 поясняет способ повторной переработки TiB₂ в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 4 поясняет термодинамическую модель хлорирования исходного TiB₂ при 200°С;

Фиг. 5 поясняет термодинамическую модель хлорирования исходного TiB₂ при 500°С;

Фиг. 6 поясняет термодинамическую модель хлорирования исходного TiB₂ при 1000°С;

Фиг. 7 поясняет устройство колонны псевдоожижения в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 8 поясняет установку хлорирования лабораторного масштаба в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

Далее подробно рассмотрим различные варианты осуществления настоящего изобретения. Эти варианты осуществления описаны ниже с целью обеспечения более полного понимания компонентов, процессов и аппаратов настоящего изобретения. Любые приведенные примеры имеют иллюстративный, а не ограничительный характер. В описании и формуле изобретения следующие термины имеют значение, явным образом соответствующее настоящему документу, если контекст ясно не обуславливает иное. Выражения «в некоторых вариантах осуществления изобретения» и «в одном из вариантов осуществления изобретения» в настоящем контексте необязательно относятся к одним и тем же вариантам осуществления изобретения, хотя такая возможность не исключается. Кроме того, выражения «в другом варианте осуществления изобретения» и «в некоторых других вариантах осуществления изобретения» в настоящем контексте необязательно относятся к другому варианту осуществления изобретения, хотя такая возможность не исключается. Как описано ниже, различные варианты осуществления настоящего изобретения могут быть без труда объединены без отступления за рамки объема и сущности настоящего изобретения.

При ссылке в настоящем документе на какой-либо числовой диапазон подразумевается, что такие диапазоны включают каждое число и/или дробное число между указанными минимумом и максимумом диапазона. Например, диапазон около 0,5-6% определенно включает все промежуточные величины около 0,6%, 0,7% и 0,9% и далее непрерывно до и включая 5,95%, 5,97% и 5,99%. То же относится к каждой другой количественной характеристике и/или элементарному диапазону, предложенному в настоящем документе, если контекст ясно не обуславливает иное.

В настоящем контексте термин «или» является включающим оператором и эквивалентен термину «и/или», если контекст ясно не обуславливает иное. Термин «на основании» не является исключающим и допускает основу на дополнительные не описанные факторы, если контекст ясно не обуславливает иное. Кроме того, в описании значение артиклей (в тексте на английском языке, прим. пер.) «а», «an» и «the» включает ссылки на множественное число. Значение «в» включает «в» и «на».

В настоящем контексте термин «хлорирование» означает химическую обработку материала хлором. Например, в одном из вариантов осуществления изобретения исходный TiB₂ хлорируют с использованием газообразного хлора и кокса с образованием различных хлоридных продуктов. В одном из вариантов осуществления изобретения реакция хлорирования является экзотермической, а в другом варианте осуществления изобретения реакцию хлорирования проводят при приблизительно 900°С в восстановительной атмосфере.

В настоящем контексте термин «измельчение» означает физическое давление, деформирование или сжатие материала до меньших фрагментов. В одном из вариантов осуществления изобретения материал измельчают с целью увеличения площади его поверхности. Например, материал может быть измельчен при помощи молотковой мельницы, щековой дробилки, мельницы для мокрого измельчения, шаровой мельницы (например, тончайшего измельчения на шаровой мельнице) и т.п.

В настоящем контексте термин «размер кристаллита» означает средний размер кристалла материала в кристаллической форме.

В настоящем контексте термин «дробление» означает физическое измельчение материала до частиц меньшего размера, например, путем толчения, раздавливания или размалывания.

В настоящем контексте термин «примеси» означает загрязняющие примеси, присутствующие в материале. Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения изделие из TiB₂ может содержать примеси из-за способа изготовления или использования изделия из TiB₂, включая остатки солей (например, хлориды); примеси металлургического производства (например, плавления алюминия); остатки электролитной ванны (например, такие компоненты, как, помимо прочего: Al, Li, Na, K, галоидные соли, Mg, Са и их сочетания); алюминийсодержащие материалы (например, Al, Al₂O₃, AlCl₃); натрийсодержащие материалы (например, NaCl) и кальцийсодержащие материалы (например, CaCl₂), хотя это лишь некоторые из них. В некоторых вариантах осуществления изобретения примеси, присутствующие в материале или изделии на основе диборида титана, могут также включать остатки фторидов и/или фторсодержащего материала (например, CaF₂, NaF и AlF₃).

В настоящем контексте термин «размер частицы» означает средний размер частиц материала.

В настоящем контексте термин «очистка» означает удаление загрязняющих примесей и/или примесей из материала в степени, достаточной для уменьшения концентрации по меньшей мере одной примеси. В некоторых вариантах осуществления изобретения очистка включает стадию перегонки, такую как процесс испарения и последующей конденсации. Например, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения используют температуры кипения продуктов - хлоридов бора - и продуктов - хлоридов титана - для их отделения от загрязняющих примесей и/или примесей в ходе операции хлорирования.

В настоящем контексте термин «проведение реакции» означает химическую реакцию между компонентами или материалами с образованием другого компонента или материала. Например, в одном из вариантов осуществления изобретения проводят реакцию продукта - хлорида титана - с продуктом - хлоридом бора - с целью получения диборида титана.

В настоящем контексте термин «восстановление» означает процесс, в ходе которого к атому или иону добавляются электроны (например, в результате отделения кислорода или присоединения водорода). Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения восстановление включает осуществление газофазного восстановления (например, газообразным Н₂). В других вариантах осуществления изобретения восстановление включает подачу смешанных хлоридных продуктов и газообразного водорода в плазменный факел с целью осуществления реакции восстановления.

В настоящем контексте термин «площадь поверхности» означает среднюю площадь поверхности материала.

В настоящем контексте термин «исходный титановый материал» или «исходный TiB₂» означает титансодержащий материал, который используют в данном процессе в качестве сырья. Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения исходный TiB₂ может включать TiB₂; измельченные изделия из TiB₂ с добавками и/или примесями и/или смешанный материал, включающий TiB₂, Ti руды или Ti шлак.

В настоящем контексте термин «TiB₂ материал» или «изделие из TiB₂» означает материал-источник диборида титана, включающий материал, содержащий в себе диборид титана. В некоторых вариантах осуществления изобретения диборидтитановый материал содержит добавки и/или примеси. Некоторые не имеющие ограничительного характера примеры добавок и/или примесей в продукте - дибориде титана - включают: Fe, Ni, Co, W, Na, F, Al, Li, Mg, Ca, Cl, галоидные соли, бораты и их сочетания. К некоторым не имеющим ограничительного характера примерам диборидтитанового материала или изделия относятся: броня, режущие инструменты, тигли, износостойкие покрытия, испарительные ванны, электроды, порошки и любые другие изделия, служащие в различных механических и/или электрических вариантах применения материалами, содержащими диборид титана.

Фиг. 1 поясняет способ повторной переработки TiB₂ в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1, способ повторной переработки TiB₂ включает подготовку исходного TiB₂ (100); хлорирование исходного TiB₂ (200); очистку хлоридных продуктов (300); проведение реакции хлоридных продуктов (400) и изготовление изделий из TiB₂ (500).

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения подготовка исходного TiB₂ на стадии (100) включает измельчение или размол изделий из исходного TiB₂ до заданного среднего размера частиц или площади поверхности. Например, исходный TiB₂ может быть измельчен до среднего размера частиц от 5 мкм до 40 мм или не более 0,6 мм. В другом варианте осуществления изобретения средний размер частиц исходного TiB₂ достаточно мал, так что имеется адекватная для прохождения (например, скорость потребления) поверхностных реакций/растворения площадь поверхности. В некоторых вариантах осуществления изобретения средний размер частиц составляет по меньшей мере около 5 мкм; по меньшей мере около 10 мкм; по меньшей мере около 50 мкм; по меньшей мере около 100 мкм; по меньшей мере около 500 мкм; по меньшей мере около 1 мм; по меньшей мере около 2 мм; по меньшей мере около 3 мм; по меньшей мере около 5 мм; по меньшей мере около 10 мм; по меньшей мере около 15 мм; по меньшей мере около 20 мм; по меньшей мере около 30 мм; или по меньшей мере около 40 мм.

В других вариантах осуществления изобретения средний размер частиц диборидтитанового материала (для стадии хлорирования) составляет: не более, примерно, 5 мкм; не более, примерно, 10 мкм; не более, примерно, 50 мкм; не более, примерно, 100 мкм; не более, примерно, 500 мкм; не более, примерно, 1 мм; не более, примерно, 2 мм; не более, примерно, 3 мм; не более, примерно, 5 мм; не более, примерно, 10 мм; не более, примерно, 15 мм; не более, примерно, 20 мм; не более, примерно, 30 мм или не более, примерно, 40 мм.

В некоторых вариантах осуществления изобретения изделия из TiB₂ перед хлорированием подготавливают. В других вариантах осуществления изобретения изделия из TiB₂ подготавливают отдельно от титановой руды и/или шлака и соединяют после измельчения или размола. В другом примере изделия из TiB₂ соединяют с Ti рудой и/или Ti шлаком, после чего размалывают до заданного среднего размера частиц. В одном из вариантов осуществления изобретения средний размер частиц исходного TiB₂ составляет от 100 до 500 мкм. В другом варианте осуществления изобретения исходный TiB₂ характеризуется средним размером частиц d50. В еще одном варианте осуществления изобретения исходный TiB₂ имеет максимальный размер частиц 100 мкм и не более 100 мкм.

В одном из вариантов осуществления изобретения исходный TiB₂ образован из размолотых изделий из TiB₂. В другом варианте осуществления изобретения исходный TiB₂ включает Ti руду и/или Ti шлак. Например, исходный TiB₂ может включать сочетание изделий из TiB₂ и ильменитового шлака (например, 50,9% вес. Ti); синтетического рутила (например, 55,2% вес. Ti); природного рутила (например, 56,9% вес. Ti); титаноксидного шлака и их сочетания. В одном из вариантов осуществления изобретения исходный TiB₂ включает 1%-10% изделий из TiB₂ относительно общего веса исходного TiB₂. В некоторых вариантах осуществления изобретения исходный TiB₂ включает: не более чем, примерно, 25% вес. изделий из TiB₂; не более чем, примерно, 20% вес. изделий из TiB₂; не более чем, примерно, 15% вес. изделий из TiB₂; не более чем, примерно, 10% вес. изделий из TiB₂ или не более чем, примерно, 5% вес. изделий из TiB₂. В других вариантах осуществления изобретения исходный TiB₂ включает: не более чем, примерно, 5% вес. изделий из TiB₂; не более чем, примерно, 4% вес. изделий из TiB₂; не более чем, примерно, 3% вес. изделий из TiB₂; не более чем, примерно, 2% вес. изделий из TiB₂; не более чем, примерно, 1% вес. изделий из TiB₂; не более чем, примерно, 0,5% вес. изделий из TiB₂.

В некоторых вариантах осуществления изобретения исходный TiB₂ включает: по меньшей мере около 25% вес. изделий из TiB₂; по меньшей мере около 20% вес. изделий из TiB₂; по меньшей мере около 15% вес. изделий из TiB₂; по меньшей мере около 10% вес. изделий из TiB₂ или по меньшей мере около 5% вес. изделий из TiB₂. В некоторых вариантах осуществления изобретения эта смесь включает: по меньшей мере около 5% вес. изделий из TiB₂; по меньшей мере около 4% вес. изделий из TiB₂; по меньшей мере около 3% вес. изделий из TiB₂; по меньшей мере около 2% вес. изделий из TiB₂; по меньшей мере около 1% вес. изделий из TiB₂ или по меньшей мере около 0,5% вес. изделий из TiB₂.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения хлорирование исходного TiB₂ на стадии (200) включает воздействие на исходный TiB₂ газообразным хлором с целью получения хлоридных продуктов. Например, в одном из вариантов осуществления изобретения исходный TiB₂ включает изделия из TiB₂ и Ti руды, характеризующиеся высоким процентным содержанием TiO₂ (например, ильменитовый шлак содержит приблизительно 85% TiO₂; синтетический рутил - приблизительно 92% TiO₂; природный рутил - приблизительно 95% TiO₂). В этом варианте осуществления получение продуктов, содержащих хлорид титана, может происходить в соответствии со следующими реакциями:

2С+О2=2СО	(ур. 1)
TiO2+2Cl2+2CO=TiCl4+2CO2	(ур. 2)
TiO2+2Cl2+C=TiCl4+CO2	(ур. 3)
TiB2+5Cl2=TiCl4+2BCl3	(ур. 4)

В соответствии с представленными выше уравнениями в одном из вариантов осуществления изобретения исходный TiB₂ обрабатывают газообразным хлором с образованием хлоридов титана и хлоридов бора. В некоторых вариантах осуществления изобретения хлорирование включает проведение реакции исходного TiB₂ в присутствии газообразного хлора (например, Cl₂). В некоторых вариантах осуществления изобретения на стадии хлорирования 200 могут быть использованы хлорированные растворители и/или соли. В одном не имеющем ограничительного характера варианте осуществления изобретения стадию хлорирования 200 проводят в хлоринаторе с псевдоожиженным слоем при температуре в диапазоне от, примерно, 900°С до 1000°С. В другом варианте осуществления изобретения твердый исходный TiB₂ полностью расходуется в ходе хлорирования и превращается в пар (например, хлорид титана) на стадии хлорирования 200.

В некоторых вариантах осуществления изобретения хлорирование осуществляют при температуре не более, примерно, комнатной температуры, не более, примерно, 50°С, не более, примерно, 100°С, не более, примерно, 150°С, не более, примерно, 200°С, не более, примерно, 250°С, не более, примерно, 300°С, не более, примерно, 400°С, не более, примерно, 500°С, не более, примерно, 600°С, не более, примерно, 700°С, не более, примерно, 800°С, не более, примерно, 900°С, не более, примерно, 1000°С, не более, примерно, 1200°С или не более, примерно, 1500°С.

В некоторых вариантах осуществления изобретения хлорирование осуществляют при температуре по меньшей мере около комнатной температуры по меньшей мере около 50°С по меньшей мере около 100°С по меньшей мере около 150°С по меньшей мере около 200°С по меньшей мере около 250°С по меньшей мере около 300°С по меньшей мере около 400°С по меньшей мере около 500°С по меньшей мере около 600°С по меньшей мере около 700°С по меньшей мере около 800°С по меньшей мере около 900°С по меньшей мере около 1000°С по меньшей мере около 1200°С или по меньшей мере около 1500°С.

Как показано уравнениями 1-3 выше, когда исходный TiB₂ включает Ti руду и/или Ti шлак, в некоторых вариантах осуществления изобретения при хлорировании требуется добавление углерода. В другом варианте осуществления изобретения, когда исходный TiB₂ содержит, главным образом, изделия из TiB₂, реакция идет по уравнению 4 и необходимости добавлять углерод в ходе хлорирования нет. В некоторых вариантах осуществления изобретения исходный TiB₂ состоит, по существу, из изделий из TiB₂ и хлорирование исходного TiB₂ проводят в отсутствии углерода.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения при хлорировании исходного TiB₂ образуются продукты - хлориды титана, такие как TiCl₄. В другом варианте осуществления изобретения при хлорировании исходного TiB₂ образуются продукты хлорид титана и хлорид бора, такие как TiCl₄ и BCl₃.

В одном из вариантов осуществления изобретения изделия из TiB₂ повторно перерабатывают в диоксид титана. В этом варианте осуществления изобретения проводят реакцию продуктов стадии 200 - хлоридов титана - с кислородом в соответствии со следующим уравнением реакции:

TiCl4+O2=TiO2+2Cl2

(ур. 5)

После хлорирования исходного TiB₂ хлоридные продукты стадии (200) могут быть очищены на стадии (300).

Например, в одном из вариантов осуществления изобретения после хлорирования летучие соединения отделяют от целевых хлоридных продуктов путем фракционной перегонки, разделяя их на хлориды с низкой, средней и высокой температурой кипения.

В другом варианте осуществления изобретения нехлорированные остатки могут быть удалены на стадии (300). Например, в одном из вариантов осуществления изобретения фторидные соединения могут испаряться и переходить в конденсированную фазу на стадии (300).

В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения на стадии очистки (300) проводят отделение продуктов - хлоридов титана - и/или продуктов - хлоридов бора - от остальных хлоридных материалов, примесей и загрязняющих примесей. Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения на стадии очистки (300) происходит удаление примесей из хлоридных продуктов (например, целевых продуктов - хлорида титана и/или хлорида бора) в количестве по меньшей мере около 0,01% вес.; по меньшей мере около 0,05% вес.; по меньшей мере около 0,1% вес.; по меньшей мере около 0,2% вес.; по меньшей мере около 0,5% вес.; по меньшей мере около 1% вес.; по меньшей мере около 2% вес.; по меньшей мере около 5% вес.; по меньшей мере около 7% вес.; по меньшей мере около 10% вес.; по меньшей мере около 15% вес. или более.

В других вариантах осуществления изобретения на стадии очистки (300) примеси из целевых хлоридных продуктов удаляют в количестве: не более, примерно, 0,01% вес.; не более, примерно, 0,05% вес.; не более, примерно, 0,1% вес.; не более, примерно, 0,2% вес.; не более, примерно, 0,5% вес.; не более, примерно, 1% вес.; не более, примерно, 2% вес.; не более, примерно, 5% вес.; не более, примерно, 7% вес.; не более, примерно, 10% вес.; не более, примерно, 15% вес. или более.

В одном из вариантов осуществления изобретения очищенные продукты стадии (300) - хлориды титана - подвергают дополнительной реакции с целью получения нового TiB₂ продукта на стадии (400).

Например, как показано на фиг. 1, продукты - хлориды титана - и продукты - хлориды бора - могут быть окислены и подвергнуты карботермической реакции на стадии (600) с целью получения TiB₂ продукта. В одном из вариантов осуществления изобретения стадия (600) включает окисление продуктов - хлорида титана и хлорида бора - с образованием диоксида титана и оксида бора (например, борной кислоты) на стадии (610), сопровождаемой карботермической реакцией диоксида титана и оксида бора с образованием TiB₂ продукта на стадии (620).

В другом варианте осуществления изобретения TiB₂ продукт может быть получен путем восстановления водородом галогенидов бора в присутствии металла или его галогенидов на стадии (700).

Еще в одном варианте осуществления изобретения TiB₂ продукт может быть получен путем прямой реакции(й) титана (или его оксидов/гидридов) с элементарным бором при температуре, равной или превосходящей 1000°С.

После того как новый TiB₂ продукт получен на стадии (400), TiB₂ продукт преобразуют в новые изделия из TiB₂ на стадии (500). Например, TiB₂ продукт может быть преобразован в порошкообразный TiB₂ путем распылительной сушки или сплавлен в TiB₂ броневую пластину.

Фиг. 2 и 3 поясняют способы повторной переработки TiB₂ в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.

Как показано на фиг. 2, способ повторной переработки TiB₂ включает увеличение площади поверхности исходного TiB₂ материала (100); хлорирование TiB₂ материала с образованием хлоридных продуктов, содержащих TiCl₄ и BCl₃ (200); очистку хлоридных продуктов (300) и проведение реакции очищенных TiCl₄ и BCl₃ (400) с получением порошкообразного TiB₂ (500).

В одном из вариантов осуществления изобретения содержащиеся в исходном TiB₂ примеси вступают в реакцию с газообразным хлором на стадии хлорирования (200) с образованием хлоридов примесей; эти хлориды примесей собирают и удаляют путем фракционной перегонки на стадии очистки (300).

В одном из вариантов осуществления изобретения исходный TiB₂ включает Ti руды и/или Ti шлак. В этом варианте осуществления на стадии (310) к потокам очищенных TiCl₄ и/или BCl₃ добавляют дополнительное количество TiCl₄ и/или BCl₃. Очищенные TiCl₄ и/или BCl₃ с дополнительными TiCl₄ и/или BCl₃ затем далее обрабатывают на стадиях (610) и (620) с целью получения порошкообразного TiB₂.

В другом варианте осуществления изобретения, когда исходный TiB₂ содержит, главным образом, изделия из TiB₂, реакция стадии (400) может быть проведена без добавления TiCl₄ и/или BCl₃. Например, на фиг. 4-6 показаны модели хлорирования исходного TiB₂, состоящего только из TiB₂. Как показано на фиг. 4-6, при хлорировании исходного TiB₂ образуются TiCl₄ и/или BCl₃ в таких количествах, которых достаточно для получения TiB₂ продуктов после стадии очистки (300) и стадии проведения реакции (400) без необходимости добавления значительных дополнительных количеств TiCl₄ и/или BCl₃.

В одном из вариантов осуществления изобретения в зависимости от получения очищенных TiCl₄ и/или BCl₃ из исходного TiB₂ после стадии очистки (300) стадия проведения реакции (400) может проходить без необходимости в значительном дополнительном количестве TiCl₄ и/или BCl₃. В другом варианте осуществления изобретения соотношение соединений хлорида титана и соединений хлорида бора после стадии очистки (300) является адекватной задаче производства новых TiB₂ продуктов.

Как показано на фиг. 2, очищенный TiCl₄ и/или BCl₃ на стадии (400) вступает в реакцию с образованием порошкообразного TiB₂. В одном из вариантов осуществления изобретения очищенный TiCl₄ и/или BCl₃ подвергают окислению на стадии (610) с образованием продуктов - оксида титана и оксида бора; продукты - оксид титана и оксид бора обрабатывают посредством карботермической реакции на стадии (620) с целью производства порошкообразного TiB₂.

В некоторых вариантах осуществления изобретения хлор со стадии окисления (610) рециркулируют (330) в хлоринатор (200), тогда как полученный диоксид титана подвергают дополнительной обработке на стадии (620).

Как показано на фиг. 3, способ повторной переработки TiB₂ включает увеличение площади поверхности материала - источника TiB₂ (100); хлорирование материала - источника TiB₂ с целью получения хлоридных продуктов, содержащих TiCl₄ и BCl₃ (200); очистку хлоридных продуктов (300) и проведение реакции очищенных TiCl₄ и BCl₃ (400) с получением порошкообразного TiB₂ (500).

В одном из вариантов осуществления изобретения из примесей материала - источника TiB₂ на стадии хлорирования (200) образуются хлориды примесей, эти хлориды примесей собирают и удаляют на стадии очистки (300).

Если нужно, дополнительный TiCl₄ и/или BCl₃ добавляют к потокам очищенных TiCl₄ и/или BCl₃ на стадии (310). Затем, на стадии (700), осуществляют реакцию очищенных TiCl₄ и/или BCl₃ с получением порошкообразного TiB₂.

В одном из вариантов осуществления изобретения очищенный TiCl₄ и/или BCl₃ подвергают восстановлению на стадии (700) с образованием порошкообразного TiB₂ (500).

В некоторых вариантах осуществления изобретения хлор со стадии восстановления (700) рециркулируют (330) в хлоринатор (200).

Пример 1: Испытание на холодное псевдоожижение

Как показано на фиг. 7, испытание на холодное псевдоожижение проводили в отношении материала TiB₂ в форме частиц с целью определения того, может ли материал TiB₂ в форме частиц быть использован в хлоринаторе. Устройство колонны псевдоожижения включало слой частиц, которые псевдоожижали восходящим потоком воздуха до тех