[發明專利]一種用含鈦物料生產金屬鈦的方法

有效

• 申請號: 201210412081.7
• 申請日: 2012-10-25
• 公開（公告）號: CN102925930A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 穆宏波;穆天柱;趙三超;朱福興;鄧斌;彭衛星;閆蓓蕾
• 申請（專利權）人: 攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司
• 主分類號: C25C3/28
• 分類號: C25C3/28
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 譚昌馳

技術領域

本發明涉及熔鹽電解制備金屬鈦技術領域，更具體地講，涉及一種以諸如高鈦渣和金紅石等含鈦物料為原料直接生產金屬鈦粉的方法。

背景技術

金屬鈦作為一種新金屬，具有低密度、良好的耐蝕性和可塑性、高比強度等一系列優良性質，被廣泛用于航空航天、人造衛星、軍工、化工、石油、冶金、輕工、電力、海水淡化、艦艇、紡織以及醫療等領域，因此它被譽為21世紀的金屬。

目前，海綿鈦的工業生產方法仍為鎂熱還原法，該工藝包含：鈦礦物經過富集-氯化-精餾制取TiCl₄，然后在氬或氦惰性氣氛中用鎂還原TiCl₄為海綿鈦后，進行真空蒸餾分離除去鎂和MgCl₂，最后經產品精整處理即為成品海綿鈦。該方法產能大，易實現商業化，所以到目前為止還沒有其它工藝來替代。然而，該工藝所存在的流程長、周期長、還原率低、還原劑價格較高、過程難實現連續化等一系列缺點造成海綿鈦成本過高。

對制備金屬鈦方法的研究有很多種，比較有代表性如：英國劍橋大學提出的FFC法、日本京都大學提出的OS法、日本的Okabe等提出的PRP工藝、氟鈦酸鹽還原等。然而，這些方法都存在著目前尚不能克服的技術問題，所以都沒有實現工業化。

公開號CN1712571A的中國發明專利申請中公開了本發明提供一種具有金屬導電性的固溶體陽極TiO·mTiC直接電解制備純鈦的方法，該方法中的固溶體陽極TiO·mTiC以碳和二氧化鈦或者以碳化鈦和二氧化鈦為原料，按化學反應計量混合為粉末，然后壓制成型，在600℃～1600℃的溫度范圍內真空反應制成。該方法具有工藝簡單、電解過程連續進行等優點，但是該方法需要在高溫真空的條件下制備固溶體TiO·mTiC，因此，該方法能耗較高并且使用了高成本的鈦白粉作為原料。

公開號為US7410562B2的美國專利文獻公開了一種用TiO₂-C復合陽極制備金屬鈦的方法，該方法是熱和電化學過程相結合的方法，其要點是用碳和含鈦物料進行熱處理，形成TiC_xO_y復合陽極，然后以該TiC_xO_y復合陽極做為可溶陽極進行熔鹽電解，在陰極得到金屬鈦。該方法和上述中國發明專利申請有相似的優缺點，即，該方法同樣需要在高溫真空下進行熱還原制備復合陽極，因此該方法的能耗仍然較高，并且該方法也使用了高成本的鈦白粉作為原料。

發明內容

針對上述現有技術存在的能耗高的不足，本發明的目的之一在于提供一種通過熔鹽電解法低能耗地生產金屬鈦粉的方法。

本發明的一方面提供了一種用含鈦物料生產金屬鈦的方法，所述方法包括以下步驟：將含鈦物料和碳質還原劑進行混合、壓制、干燥后，直接作為第一陽極，以金屬或合金作為第一陰極，以堿金屬氯化物熔鹽和/或堿土金屬氯化物熔鹽為第一電解質，組成第一電解體系，在惰性氣氛下進行預電解，得到殘陽極；將殘陽極經洗滌后，再次成型、干燥并作為第二陽極，以金屬或合金作為第二陰極，以堿金屬氯化物熔鹽和/或堿土金屬氯化物熔鹽為第二電解質，組成第二電解體系，在惰性氣氛下進行電解，得到金屬鈦粉。

在本發明的一個示例性實施例中，所述第二陽極可以通過將經洗滌的殘陽極與碳質還原劑混合、成型、干燥而制得，并且將所述第二陽極中的氧原子與以單質形式存在的碳原子的個數比控制為2∶1～1∶1。

在本發明的一個示例性實施例中，所述碳質還原劑為煤粉、焦粉、活性炭、石墨、炭黑及石油焦中的至少一種。

在本發明的一個示例性實施例中，所述含鈦物料可以為高鈦渣或金紅石。

在本發明的一個示例性實施例中，所述含鈦物料和碳質還原劑可以具有能夠通過200目篩的粒度。

在本發明的一個示例性實施例中，在所述第一陽極中，所述含鈦物料中氧原子與所述碳質還原劑中碳原子的個數比為2∶1～1∶1。

在本發明的一個示例性實施例中，所述第一陰極可以為碳鋼棒、鉬棒或鈦棒，所述第二陰極可以為碳鋼棒、鉬棒或鈦棒。

在本發明的一個示例性實施例中，所述第二電解體系的電解步驟可包括將陽極電流密度控制為0.025A/cm²～0.75A/cm²，將陰極電流密度控制為0.1A/cm²～2A/cm²。

在本發明的一個示例性實施例中，所述第二電解質還可以含有低價鈦離子。