[發明專利]離子液體電解四氯化鈦制備金屬鈦或電鍍金屬鈦的方法

有效

• 申請號: 200710064623.5
• 申請日: 2007-03-21
• 公開（公告）號: CN101270480A
• 公開（公告）日: 2008-09-24
• 發明（設計）人: 王麗娜;高麗霞;齊濤;李玉平;初景龍;張懿
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C25C1/22
• 分類號: C25C1/22;C25D3/54
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 李柏

技術領域

本發明屬于有色金屬材料領域，特別涉及一種室溫離子液體電解四氯化鈦制備金屬鈦或電鍍金屬鈦的方法。

背景技術

鈦密度小，強度高，同時具有很好的耐熱、耐低溫和耐腐蝕性能，在航空、海洋、石油、能源、化工和醫用等領域應用日益廣泛。目前以四氯化鈦為原料生產金屬鈦的工業化生產方法有鎂熱還原法(Kroll法)和鈉熱還原法(Hunter法)。這兩種方法分別使用金屬鎂或鈉在800～1000℃下將四氯化鈦還原為鈦。這兩種方法使用的還原金屬(鎂或鈉)成本高，同時反應需要高溫使得能耗較高，而且設備投資大，只能間歇操作，所以，這兩種方法的鈦生產成本很高。研究者試圖開發新的、低成本的連續化工藝以解決Kroll法和Hunter法的高成本問題。美國專利US3114685提出了一種采用熔鹽直接電解四氯化鈦生產金屬鈦的方法，可連續操作。但是反應溫度在700℃以上，能耗仍然很高，反應器材質要求也高，增加了生產成本。國際專利WO99/64638報道了一種二氧化鈦的氯化鈣熔鹽電化學還原制備鈦的方法，由于使用二氧化鈦作為原料使得成本四氯化鈦低于電解法，但是同樣使用高溫熔鹽電解，成本較高。近年來發展了使用室溫離子液體電解四氯化鈦制備鈦的方法，如國際專利WO2005/103338報道了一種利用離子液體電解鈦鐵化合物制備鈦鐵合金的裝置和方法。這種離子液體方法電解能低于200℃下進行，避免使用高溫熔鹽，同時離子液體的電化學窗口較寬使得電流效率較高，從而能耗遠低于熔鹽電解，應用前景非常廣泛。但是，由于鈦的還原是分步進行的，目前報道的四氯化鈦離子液體電解方法得到的金屬鈦含有中間產物三氯化鈦或二氯化鈦，從而純度不高，同時只能得到粉末或海綿狀鈦，難以實現金屬鈦在基體電極上的良好電鍍。所以，克服目前離子液體電解法生產金屬鈦的純度不高等缺點，特別是同時能實現金屬鈦的電鍍，在金屬表面處理方面意義重大。

發明內容

本發明的目的是針對目前離子液體電解四氯化鈦制備金屬鈦純度不高和鍍層不好等缺點，通過提供一種離子液體電解的方法來實現制備或電鍍高純度金屬鈦。

本發明的離子液體電解四氯化鈦制備金屬鈦或電鍍金屬鈦的方法包括以下步驟：

(1)將離子液體真空脫水24～48小時，然后加入質量為離子液體質量0.5％～5％的能使鈦均勻沉積的有機溶劑作為整平試劑配制成電解液；

(2)在安裝有一個陽極及兩個陰極的電解槽中，以拋光(如用砂紙打磨)清洗后的金屬鈦、碳鋼或鉑片等基體電極作為電解槽中的沉積陰極，以拋光清洗后的鉑電極(如用砂紙打磨)作為電解槽中加料處工作陰極，在沉積陰極與加料處工作陰極之間，以及在加料處工作陰極與陽極之間用多孔隔膜隔開；以鉑絲作為參比電極；

(3)將步驟(1)的電解液加入到步驟(2)的電解槽中；在高純氮氣或高純氬氣保護氣下保持反應液體溫度在20～100℃；開動電解槽中的攪拌器和循環泵；使用雙恒電位儀控制電解槽的加料處工作陰極和沉積陰極的恒電位分別相對于參比電極為-1.0V?vs.Pt，在該電位下進行恒電位預電解，然后連續向電解液中滴加四氯化鈦；

(4)在步驟(3)加入四氯化鈦后，使用雙恒電位儀先控制加料處工作陰極的電位相對于參比電極為-1.0～-0.2V?vs.Pt，在該電位下進行恒電位電解1～2小時后，再控制沉積陰極的電位相對于參比電極為-2.0～-1.0V?vs.Pt，此時加料處工作陰極仍保持原恒電位，在加料處工作陰極及沉積陰極保持上述電位下進行恒電位電解制備金屬鈦或電鍍金屬鈦，沉積陰極電解2～6小時后取出，更換新的沉積陰極。

所述的多孔隔膜是多孔玻璃砂芯或多孔陶瓷，孔徑為1～20μm。

所述的加料處工作陰極或陽極的電極面積是沉積陰極面積的1.5～3倍。

所述的陽極是鉑電極或石墨電極等。