[發(fā)明專(zhuān)利]一種鈦循環(huán)熔鹽電解制取金屬鈦的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910128311.5
• 申請(qǐng)日: 2009-03-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101519789A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 穆宏波;穆天柱;弓麗霞;鄧斌;趙三超;閆蓓蕾;朱福興;彭衛(wèi)星
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 攀鋼集團(tuán)研究院有限公司;攀枝花鋼鐵(集團(tuán))公司;攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼鐵研究院有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C25C3/28
• 分類(lèi)號(hào): C25C3/28
• 代理公司: 北京銘碩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 韓明星;楊 靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于有色金屬冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種熔鹽電解制取金屬鈦的方法。

背景技術(shù)

鈦(Ti)是一種性能非常優(yōu)越的金屬，具有比重輕、比強(qiáng)度高、耐腐蝕性能好等一系列的優(yōu)點(diǎn)。鈦合金還具有耐高低溫性能好、無(wú)磁性、形狀記憶特性、吸氫特性、超導(dǎo)特性和低阻尼特性等許多優(yōu)異的性能，因而是很好的結(jié)構(gòu)材料和功能材料。由于鈦的諸多優(yōu)點(diǎn)，所以人們稱(chēng)之為“太空金屬”、“海洋金屬”、“21世紀(jì)的金屬”等。因此，在現(xiàn)代社會(huì)中，金屬鈦及其合金在國(guó)防、化工、冶金、醫(yī)療、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各種行業(yè)，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

然而，鈦的提取非常困難。目前，世界上生產(chǎn)海綿鈦主要采用Kroll工藝，通過(guò)該方法生產(chǎn)得到的海綿鈦一般用真空自耗電弧熔煉法提純。具體地講，采用Kroll法生產(chǎn)海綿鈦的過(guò)程如下：首先，將二氧化鈦(TiO₂)通過(guò)加碳(C)氯化來(lái)制取四氯化鈦(TiCl₄)，見(jiàn)下面的反應(yīng)式①；然后，用金屬鎂熱還原四氯化鈦獲得海綿鈦，見(jiàn)下面的反應(yīng)式②；最后，將獲得的海綿鈦進(jìn)行真空蒸餾得到商品海綿鈦。

TiO₂+2Cl₂+2C→TiCl₄+2CO???????????????①

2Mg+TiCl₄→2MgCl₂+Ti?????????????????②

然而，在Kroll法生產(chǎn)海綿鈦的過(guò)程中，金屬鎂是通過(guò)電解氯化鎂來(lái)獲取的，而電解所得的氯氣(Cl₂)又用于氯化鈦的制取，所以整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程包括二氧化鈦的氯化、鎂熱還原、真空蒸餾和氯化鎂的電解四個(gè)主要部分。該方法的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)能大，可以生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的海綿鈦，易于實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，所以到目前為止似乎還找不出其他的工藝來(lái)替代。但是，該方法也具有流程長(zhǎng)、工序多、能耗高、過(guò)程難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化等造成海綿鈦生產(chǎn)成本過(guò)高的缺點(diǎn)。并且，通過(guò)Kroll法生產(chǎn)的海綿鈦的價(jià)格遠(yuǎn)高于鋼鐵的價(jià)格，單位重量?jī)r(jià)格也是金屬鋁的3倍以上。更重要的是，目前Kroll工藝已相當(dāng)成熟，能夠改進(jìn)的空間已經(jīng)不大。

針對(duì)這一情況，大家都在試圖找到一種低成本生產(chǎn)金屬鈦的方法。目前，較有代表性的方法有OS法、FFC工藝、QIT工藝、USTB法、PRP法、TiCl₄電解、Hunter法、Armstrong鈉還原法、SOM技術(shù)、真空法制鈦等，但由于每種方法都有不同的缺點(diǎn)，所以到目前為止都還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

由于在Kroll法中TiCl₄是作為原料使用，因此人們都不約而同地想到直接電解TiCl₄得到金屬鈦的方法，這樣一來(lái)就可以避免Kroll法工藝中還原蒸餾的弊病。但是，據(jù)研究，鈦氯化物中最普通的TiCl₄在熔鹽電解的溫度下有非常高的蒸汽壓，在熔體中的溶解度很小(<1％)，因此以它作為直接電解原料是不可行的。

對(duì)鈦的氯化物電解研究得最多是以TiCl₃為原料的電解法。最早發(fā)表這方面研究結(jié)果的是澳大利亞的Cordner和Warner，他們用溶解有TiCl₃的LiCl-KCl混合熔鹽在550℃的溫度下電解，得到了純度為99％的鈦結(jié)晶。然而，這一方法因?yàn)榇嬖谝韵聝煞矫娴膯?wèn)題而難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化：一是沒(méi)有一種實(shí)用的TiCl₃制備方法；另一個(gè)問(wèn)題是沒(méi)有向電解槽中供入TiCl₃的適當(dāng)方法。另外，由于TiCl₃易吸收空氣中的水分而分解，容易造成產(chǎn)品的污染。

此外，也有人發(fā)表過(guò)，通過(guò)電解TiCl₂來(lái)制備金屬鈦的研究結(jié)果，但是仍然由于沒(méi)有一種實(shí)用的TiCl₂制備方法以及TiCl₂不易加入電解槽和貯存困難的問(wèn)題而無(wú)法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中制取金屬鈦的方法流程長(zhǎng)、能耗高或者無(wú)法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的缺點(diǎn)。因此，本發(fā)明提供了一種工藝簡(jiǎn)單、能耗低并且能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化的制取金屬鈦的方法。

本發(fā)明提供了一種鈦循環(huán)熔鹽電解制取金屬鈦的方法，該方法包括以下兩個(gè)過(guò)程：A.在氯化物熔鹽中用金屬鈦將四氯化鈦還原為三氯化鈦和二氯化鈦中的至少一種；B.在所述氯化物熔鹽中將生成的三氯化鈦和二氯化鈦中的至少一種電解為鈦。