[發明專利]一種電解-氯化-電解制備純鈦的裝置及方法

有效

• 申請號: 201811408695.1
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109267100B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 焦樹強;王哲;焦漢東
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C25C3/02
• 分類號: C25C3/02;C25C3/08;C25C3/12;C25C3/28;C25C3/36;C25C7/00;C25C7/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種電解?氯化?電解制備純鈦的裝置及方法，屬于電解法生產金屬鈦領域。第一電解槽以熔融堿金屬氯化物、堿土金屬氯化物、氯化鋁或它們的混合物為電解質，第二電解槽以熔融堿金屬氯化物、堿土金屬氯化物或它們的混合物為電解質；第一電解槽陽極處產生的Cl₂通過導管進入儲有TiC_xO_y或TiC_xO_yN_z原料的氯化反應器中，在200℃～600℃溫度下氯化出TiCl₄氣體；該氣體經過導管通入第二電解槽中陰極處，利用TiCl₄在第二電解槽中的溶解性，進而電解出高純鈦金屬；同時陽極產生的Cl₂又循環至第一電解槽氯化反應器中繼續參與TiC_xO_y或TiC_xO_yN_z的氯化。本發明工藝簡單，清潔高效；同時可根據需求，精確定制第一電解槽所得副產物，進一步提升經濟效益。

技術領域

本發明涉及一種電解-氯化-電解制備純鈦的裝置及方法，屬于電解法生產金屬鈦領域。

背景技術

鈦金屬具有諸多優異的物理化學性能，其密度低(4.5g/cm³)、熔點高(1660℃)、抗腐蝕、耐氧化、無毒無害，具有良好的生物相容性，被稱為“未來金屬”。其在航空航天、化學化工、船舶艦艇、生物醫療、民用建材和體育器材等領域具有廣泛的應用。在此基礎上，人們將鈦含量高于99.95％或99.99％(即3N5或4N)的鈦金屬稱為高純鈦金屬。高純鈦金屬不僅擁有普通鈦金屬所具有的優良性能，同時，其優異的延伸率(50-60％)、斷面收縮率(70-80％)以及超低含量的有害雜質元素是普通鈦無法企及的。因此，高純鈦在高端微電子、尖端航天技術、精密超大規模集成電路及顯示屏等高端領域備受青睞。

目前，高純鈦的工業化生產主要有兩種方法，一種是Kroll法，另一種是熔鹽電解法。前者以TiO₂經過配碳、氯化得到TiCl₄，TiCl₄再經過鎂熱還原得到鈦金屬，而副產物MgCl₂則需要采用熔鹽電解法進行分解，從而實現循環利用。整個流程繁雜冗長、產率有限。此外，為了得到高純鈦金屬，所用原料(TiCl₄及鎂金屬)往往需要更高的純度，這就增加了高純鈦的制備成本。后者以海綿鈦為陽極，以含鈦鹵化物熔鹽為電解質，電解過程中陽極海綿鈦溶解，陰極鈦離子沉積，得到高純鈦金屬。該方法相對于Kroll法流程簡短，且可有效控制產物中的氧含量，得到低氧高純鈦金屬。然而，海綿鈦的制備終究離不開Kroll法，因此其上游流程復雜、低效，最終造成以海綿鈦為陽極的熔鹽電解精煉成本較高。