[發明專利]亞氧化鈦系可溶電極制備方法及其在電解制備高純鈦中的應用

有效

• 申請號: 201611051578.5
• 申請日: 2016-11-24
• 公開（公告）號: CN106591892B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 葉金文;劉穎;王廣瑞
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C25C7/02
• 分類號: C25C7/02;C25C3/28;B22F3/10;B22F3/14;C04B35/46;C04B35/622
• 代理公司: 成都智弘知識產權代理有限公司 51275
• 代理人: 陳春;吳新祥

本發明所述亞氧化鈦系可溶電極及其制備方法與其在電解制備高純鈦中的應用，電極材料由亞氧化鈦或亞氧化鈦和金屬M組成，所述亞氧化鈦為TiO、Ti₃O₅、Ti₄O₇、Ti₅O₉、Ti₆O₁₁、Ti₇O₁₃、Ti₈O₁₅或Ti₉O₁₇，M為Cu、Pb、Zr、Ag、Mo、Mn、Nb、Ta中的至少一種或至少兩種，首先將原料制備成亞氧化鈦塊體，或亞氧化鈦與鈦棒或石墨棒結合在一起的亞氧化鈦復合塊體，再將亞氧化鈦塊體或亞氧化鈦復合塊體加工成一定形狀的電極材料，并將其應用在熔鹽電解制備高純鈦的應用中。本發明方法能得到雜質含量低的高純金屬鈦。

技術領域

本發明有色金屬冶金技術領域，特別涉及亞氧化鈦系可溶電極及其制備方法及其在熔鹽電解制備高純鈦中的應用

背景技術

鈦作為一種結構材料，具有密度小、比強度高、耐腐蝕、耐高溫等優異性能，除了適合作為航天零件組件以外，在石油工業、能源、交通、化工、生化、醫藥等民用領域也得到了一定應用。目前世界范圍內所采用鈦的工業生產方法是Kroll法，該法由于生產不連續、流程長、工序多，且常溫下TiCl₄具有揮發性、腐蝕性，故使海綿鈦成本居高不下，限制了鈦在各行業的應用。由于Kroll法有其自身的局限性，熔鹽電解法被廣泛研究應用于制取金屬鈦。該方法以鈦的鹵化物為原料，采用堿金屬或堿土金屬的氯化物為電解質，但仍存在TiCl₄在融鹽中的溶解度低，難以滿足工業化大規模生產的需要。2000年，英國劍橋開發了FCC法引起廣泛關注，FCC法是一種非常簡單的電解法，以固體的TiO₂作陰極，碳質還原劑作陽極，金屬的熔融氯化物(如CaCl₂)作電解質，當外加的電壓低于融鹽的分解電壓時，陰極上的氧電離后進入電解質，在陽極放出O₂和CO₂氣體，而陰極上留下純金屬Ti，但此方法對TiO₂純度要求非常高，并且TiO₂電導率較低，電解時的所需能耗大，后期存在電解脫氧效率低、脫氧的過程復雜等問題。CN1712571公開了以二氧化鈦和石墨為原料在1500℃下真空碳熱還原制備出導電性良好的Ti₂CO，并以此為可溶陽極材料在700℃的NaCl-KCl熔鹽體系中電解提取高純金屬鈦，但此方法陽極的制備過程需要溫度高，并且Ti₂CO作為可溶陽極，其中C元素會對制備的高純鈦有一定的污染。CN101519789A公開了一種以金屬鈦還原四氯化鈦，生成三氯化鈦或二氯化鈦，然后通過熔鹽電解制備金屬鈦，但該方法使用原料為四氯化鈦和金屬鈦，價格昂貴，提高了鈦的生產成本。

鈦氧化物，包括TiO，Ti₃O₅，Magnéli相亞氧化鈦Ti_nO_2n-1(4≦n≦9)具有基于金紅石型TiO₂晶格的結構，亞氧化鈦系粉體是指亞氧化鈦粉體及其在亞氧化鈦基礎上摻雜金屬元素形成的粉體，其電導率高，常溫下不同亞氧化鈦的電導率理論上可達到300～1500S/cm，且具有化學穩定性好、易加工等特點，并且由于其不含C、N等雜質元素，這使其可以成為電化學應用的電極材料及熔鹽電解的可溶陽極材料。實際應用中是將亞氧化鈦粉體加工成具有一定強度和硬度的片狀或塊狀材料，目前可采用的燒結方式有放電等離子燒結、熱等靜壓燒結等，但由于其設備采用“高溫高壓”而價格昂貴。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供亞氧化鈦系可溶電極及其制備方法與其在電解制備高純鈦中的應用，采用設備造價低，同時降低鈦的生產成本，實現工業化批量生產。