[發(fā)明專利]水溶性氟鹽體系熔鹽電解可溶性鈦酸鹽制備金屬鈦的方法有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201910335344.0 | 申請(qǐng)日： | 2019-04-24 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN110079837B | 公開（公告）日： | 2020-10-13 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 王明涌;李鑫;焦樹強(qiáng) | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 北京科技大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | C25C5/04 | 分類號(hào)： | C25C5/04;C25C7/06 |
| 代理公司： | 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237 | 代理人： | 張仲波 |
| 地址： | 100083*** | 國(guó)省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 水溶性 體系 電解 可溶性 鈦酸鹽 制備 金屬 方法 | ||
一種水溶性氟鹽體系熔鹽電解可溶性鈦酸鹽制備金屬鈦的方法。將含質(zhì)量百分比為1～10％鈦酸鹽的復(fù)合氟化物熔鹽，置于石墨坩堝內(nèi)，于密閉鋼制反應(yīng)器內(nèi)，在氮?dú)饣驓鍤鈿夥障律郎刂?00℃，恒溫24h除去熔鹽中的水分；升溫至900℃～1100℃，以石墨為陽(yáng)極，鈦板為陰極，在3.3?5.0V恒電壓電解，在陰極表面獲得金屬鈦粉；電解結(jié)束后，從熔鹽中提起陰極，冷卻至室溫，分離陰極表面產(chǎn)物，依次經(jīng)離子去水、2～5％鹽酸、1～5％氫氟酸和去離子水洗滌后，烘干獲得金屬鈦粉。本發(fā)明獲得了一種水溶性的氟化物熔鹽體系，相比于氯化物熔鹽，對(duì)鈦酸鹽具有高的溶解度，且能滿足較高電壓下電解金屬鈦；相比于冰晶石熔鹽，可實(shí)現(xiàn)低溫下電解鈦粉與含氟熔鹽的濕法分離，操作簡(jiǎn)單易行，可改善工作環(huán)境。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于化工冶金領(lǐng)域，具體涉及一種金屬鈦的制備方法。
背景技術(shù)
金屬鈦被稱為海洋金屬、航空金屬和未來金屬，支撐了航空航天、國(guó)防軍工、電子信息等高精尖和戰(zhàn)略領(lǐng)域的快速發(fā)展。我國(guó)鈦資源儲(chǔ)量居世界之首，積極開發(fā)利用鈦資源，發(fā)展金屬鈦高效提取綠色技術(shù)極為重要。目前，金屬鈦生產(chǎn)主要是Kroll法，即以TiO2為原料，氯化制取TiCl4，進(jìn)一步Mg熱還原生產(chǎn)金屬鈦，存在流程長(zhǎng)、能耗高和污染重的問題。
近年來，熔鹽電解被認(rèn)為是最有可能成為取代Kroll工藝制取金屬鈦的方法。2000年，英國(guó)劍橋大學(xué)Fray提出了一種在熔融CaCl2中以固態(tài)TiO2為陰極，電脫氧生產(chǎn)海綿鈦的工藝(W009963638)，但該工藝具備如下不足：電解效率低，脫氧速度慢且對(duì)原料二氧化鈦原料純度要求高。日本京東大學(xué)Okabe(Metall.Mater.Trans.B,2003,34B:287)在CaCl2-CaO熔鹽中電解金屬Ca，然后熱還原TiO2制備金屬Ti，存在電流效率低，對(duì)原料TiO2純度要求高。
可以看出，上述電解方式均是以TiO2為原料電解，需要從含鈦資源中經(jīng)過硫酸浸出、水解、煅燒等濕法和火法結(jié)合的長(zhǎng)周期冶金過程制取，存在流程長(zhǎng)和污染重的問題。另一方面，鈦酸鹽是含鈦資源中鈦的存在形式之一，如能以鈦酸鹽為原料，直接電解金屬鈦，則可避免TiO2的長(zhǎng)周期冶金過程，顯著縮短流程。
王明涌(201410724949.6)在堿/堿土金屬氯化物中以鈦酸鹽為原料電解金屬鈦，然而，鈦酸鹽在氯化物熔鹽中幾乎沒有溶解度，電解過程可控性差，難以連續(xù)進(jìn)行；鈦酸鹽還原過電位較大，而氯化物熔鹽分解電壓低，不利于鈦酸鹽的深度還原；且未電解鈦酸鹽難以有效去除。Weng等(Journal of The Electrochemical Society,2017,164(9):D551-D557)考慮到冰晶石對(duì)含氧化合物具有較高溶解度的特點(diǎn)，在冰晶石熔鹽體系中電解鈦酸鈣，盡管鈦酸鈣具有較高的溶解度，但電解后，由于冰晶石熔鹽難以溶解于水中，無法與鈦粉低溫有效分離，必須通過在1000度以上的高溫下，使冰晶石揮發(fā)，才能獲得金屬鈦，存在過程復(fù)雜，能耗高的問題。
鑒于此，開發(fā)一種對(duì)鈦酸鹽具有較高溶解度熔鹽，且電解后，熔鹽能夠通過低溫濕法分離，從而實(shí)現(xiàn)金屬鈦的收集，具有重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種水溶性氟鹽體系熔鹽電解可溶性鈦酸鹽制備金屬鈦的方法，無需從含鈦資源中分離高純度TiO2，流程短，鈦酸鹽具有較高的溶解度，利于電解過程連續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行；通過簡(jiǎn)單的濕法洗滌，即可實(shí)現(xiàn)金屬鈦與熔鹽的分離，過程簡(jiǎn)單，能耗低。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種水溶性氟鹽體系熔鹽電解可溶性鈦酸鹽制備金屬鈦的方法，其特征在于包括以下步驟：
將含質(zhì)量百分比為1～5％鈦酸鹽的復(fù)合氟化物熔鹽，置于石墨坩堝內(nèi)，于密閉鋼制反應(yīng)器內(nèi)，在氮?dú)饣驓鍤鈿夥障律郎刂?00℃，恒溫24h除去熔鹽中的水分；
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