[發明專利]一種連續熔鹽電解制備金屬鈦的方法

有效

• 申請號: 201310039416.X
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103060850A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 賈文成;劉美鳳;沈博;劉光宏
• 申請（專利權）人: 寶納資源控股（集團）有限公司
• 主分類號: C25C3/28
• 分類號: C25C3/28
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙) 11386
• 代理人: 胡時冶;王宇楊

技術領域

本發明涉及一種連續電解鈦的方法，特別涉及一種連續熔鹽電解制備金屬鈦的方法。

背景技術

鈦及鈦合金具有比重輕、比強度高、高溫下抗蠕變性能好、耐腐蝕等優良性能，在航空航天、冶金、汽車等行業廣泛用做結構材料，同時還可以作為功能材料如儲氫材料、形狀記憶合金材料等。目前海綿鈦的生產工藝為Kroll法，也稱為鎂熱還原法，該方法是先由含鈦的礦物制取四氯化鈦，再用鎂還原四氯化鈦從而制得海綿鈦，最后經過真空自耗電電弧熔煉制成致密鈦錠，然后經過軋制、車削等機械手段制成最終產品。現行鎂還原法雖然是比較成熟的工業生產方法，但是由于生產過程存在工藝流程長、工序多、能耗高、不能連續生產等問題，并且所用的金屬還原劑鎂也是由電解得到，因此生產成本高，環境污染嚴重，限制了鈦的應用。為了降低鈦的生產成本，世界各國的研究人員積極尋求新的低成本鈦冶金工藝，其中最具代表性的是劍橋大學Fray教授等提出了一種以二氧化鈦為原料在熔融氯化鈣中陰極脫氧生產海綿鈦的新工藝，該方法的成本比Kroll法低，因此氧化物電解直接生產金屬鈦成為鈦冶煉的研究熱點，但該工藝本身存在固有的缺點，就是二氧化鈦作陰極又脫氧，氧從陰極板擴散到陽極速度慢，電流效率低。本發明人的申請號為CN2008101186163的在先申請提供了一種高溫熔鹽電解二氧化鈦制備金屬鈦的方法，該方法在造粒時添加水和粘結劑，存在干燥的時間較長，能耗很高，并且粘結劑的使用使得在溫度高時破壞爐內氣氛，增加雜質含量等問題。

發明內容

針對上述問題，申請人在對其進一步深入研究的基礎上，提出了一種通過高溫熔鹽電解二氧化鈦連續制備金屬鈦的方法，該方法可以克服上述問題，從而解決現有技術中存在的工藝流程長、工序多、能耗高、不能連續生產、雜質多等一系列問題。

本發明的技術方案是提供了一種連續熔鹽電解制備金屬鈦的方法，所述方法采用如下步驟實施：

第一步、將二氧化鈦直接用造粒機進行造粒，制得粒度為2-8mm的顆粒，將粒度為2-8mm的顆粒在溫度150-300℃下干燥處理20-30min后制得二氧化鈦球團；

第二步、將制備好的二氧化鈦球團加入到熔池中，將電解質加入熔池中，所述電解質是氟化鈣或者是氟化鈣與氟化鋰的混合熔鹽，該混合熔鹽中氟化鋰的重量百分比含量為5-20%；電解質加入量為熔池容量的2/3，鈦高溫電解爐抽真空度至1×10^-1-5×10^-3Pa，向鈦高溫電解爐中充入氬氣，保持電解壓力為10-100Pa；

第三步、電解時，電解電源的正極與電解池陽極連接，電解電源的負極與熔池相連，陽極電極采用石墨材料加工；在電源輸出電流1-30kA，電解溫度1800-1900℃條件下進行電解，電解50-900min后，開始進入出料工序；

第四步、出料時加熱導流管，使其出口處的溫度達到1800-1900℃，打開球閥，使鈦液通過導流管流入到冷卻室的接收坩堝中，出料完畢后，關閉球閥；產品在冷卻室冷卻后，打開冷卻室的門取出鈦錠。

本發明的有益效果是：本發明通過高溫下以石墨電極為陽極，以二氧化鈦原料為陰極，在氟化鈣或者是氟化鈣與氟化鋰的混合熔鹽中進行電解，二氧化鈦被電解還原為液態的鈦，由于密度的差異，鈦沉到最底層，當累積的鈦達到一定的量后，從高溫爐底部出料。由于高溫下氧陰離子擴散速度快，從而加速了脫氧速度，因而該方法電流效率高，電耗低，同時由于產品金屬鈦為液體，可使二氧化鈦電解實現連續化，因此能夠大幅度降低鈦的生產成本，與傳統工藝比較可節能50%，電流效率提高到90%以上。

附圖說明

以下將結合附圖1和2對本發明所述的鈦高溫電解爐進行詳細說明，其中：

圖1是本發明所述的用于高溫熔鹽電解二氧化鈦連續制備金屬鈦的高溫電解爐的示意圖；

圖2是本發明所述的用于高溫熔鹽電解二氧化鈦連續制備金屬鈦的高溫電解爐系統的示意圖。

其中：1-熔池、2-發熱元件、3-隔熱屏、4-保溫棉、5-帶有水冷套的爐殼、6-帶有水冷套的爐蓋、7-耐火磚、8-加料管、9-電極、10-導流管、11-加熱元件、12-出料裝置隔熱屏、13-出料裝置耐火磚、14-出料室外殼、15-閥座、16-球體、17-閥桿、18-出料坩堝、19-冷卻室、20-整流器、21-變壓器、22-加料器、23-電極卡頭、24-電極夾持臂、25-電解室、26-出料室、27-立柱導軌、28-尾氣處理裝置。

具體實施方式