[發明專利]一種金屬鈦的制備裝置以及制備方法

有效

• 申請號: 201810533295.7
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN108546964B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 張俊;齊淵洪;嚴定鎏
• 申請（專利權）人: 鋼研晟華科技股份有限公司
• 主分類號: C25C3/28
• 分類號: C25C3/28;C25C7/00
• 代理公司: 11386 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 胡時冶;馬東偉

本發明公開了一種金屬鈦的制備裝置以及制備方法，屬于電化學冶金技術領域，解決了現有技術中的電解法制備金屬鈦電解效率低、電解產物氧含量高以及制備過程復雜的問題。上述制備方法，陽極室內，陽極室NaCl熔鹽發生氧化反應生成Cl₂和Na⁺，鈦氧化物、碳質還原劑以及生成的Cl₂發生碳熱氯化反應生成TiCl₄；生成TiCl₄通入陰極室NaCl熔鹽，Na⁺通過鈉離子傳導坩堝定向遷移至陰極室；陰極室內，Na⁺還原形成金屬鈉，溶解在陰極室NaCl熔鹽中，TiCl₄與金屬鈉發生還原反應，生成金屬鈦和NaCl熔鹽。上述制備裝置包括電源、陰極導電坩堝、陽極導電坩堝和鈉離子傳導坩堝。上述金屬鈦的制備裝置以及制備方法可用于制備金屬鈦。

技術領域

本發明涉及一種電化學冶金技術，尤其涉及一種金屬鈦的制備裝置以及制備方法。

背景技術

金屬鈦具有耐腐蝕、密度輕、無毒無磁、比強度高等優異性能，廣泛應用于航空航天、船舶、化工、醫療器材等領域。

現有技術中，可以采用電解法制備金屬鈦，其電解方式可以包括熔池直接電解(如TiCl₄、K₂TiF₆的直接電解)、陰極脫氧電解(如劍橋工藝FCC法)、自溶陽極電解(北京科技大學USTB工藝)和陰極電解還原(如日本京都大學OS工藝)。

但是，采用熔池直接電解，TiCl₄、K₂TiF₆在電解質內的溶解度較低，導致熔池直接電解效率較低；陰極脫氧電解以及陰極電解還原中，電解產物氧含量較高，且陰極脫氧電解電流效率較低，通常不超過30％；自溶陽極電解需要對原料進行預處理形成低價鈦氧化物或碳氧鈦化合物，制備過程復雜、能耗較高。

發明內容

鑒于上述情況，本發明旨在提供一種，解決了現有技術中的電解法制備金屬鈦電解效率低、電解產物氧含量高以及制備過程復雜的問題。

本發明的目的主要是通過以下技術方案實現的：

本發明提供了一種金屬鈦的制備方法，包括如下步驟：陽極室內，陽極室NaCl熔鹽發生氧化反應生成Cl₂和Na⁺，鈦氧化物、碳質還原劑以及生成的Cl₂發生碳熱氯化反應生成TiCl₄；生成TiCl₄通入陰極室NaCl熔鹽，Na⁺通過鈉離子傳導坩堝定向遷移至陰極室；陰極室內，Na⁺還原形成金屬鈉，溶解在陰極室NaCl熔鹽中，TiCl₄與金屬鈉發生還原反應，生成金屬鈦和NaCl熔鹽。

進一步地，包括如下步驟：

步驟S1：陽極室內，以陽極室NaCl熔鹽為陽極室電解質，陽極室導電坩堝為電解陽極，陽極室NaCl熔鹽發生氧化反應生成Cl₂和Na⁺；

步驟2：陽極室內，鈦氧化物、碳質還原劑以及生成的Cl₂發生碳熱氯化反應生成TiCl₄和CO溢出；

步驟3：陽極室內，生成的TiCl₄和CO混合氣體經冷凝分離得到TiCl₄；

步驟4：分離得到的TiCl₄加壓注入陰極室NaCl熔鹽，作為制備金屬鈦的原料步驟1生成的Na⁺通過鈉離子傳導膜定向遷移至陰極室，還原形成金屬鈉，溶解在陰極室NaCl熔鹽中；

步驟5：陰極室內，TiCl₄與溶解在陰極室NaCl熔鹽中的金屬鈉發生還原反應，生成金屬鈦和NaCl熔鹽。