[发明专利]电解提取金属钛时复合阳极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及熔盐电解冶金生产金属的方法，特别是熔盐电解提取金属钛的方法，具体涉及一种电解提取金属钛时复合阳极的制备方法。

背景技术

钛及其合金由于其熔点高、比重轻、强度大、耐腐蚀强等特点，在现代航空、火箭导弹工业、航天技术、枪炮舰艇、生物医用材料及化工设备等方面有广泛应用。

目前，国际上唯一用于工业生产的制钛方法为Kroll法，也就是镁还原法，生产得到的海绵钛可用真空自耗电极重熔或电子束熔炼提纯。Kroll法整个生产过程包括氯化镁电解、含钛原料氯化、镁热还原及真空蒸馏脱出氯化镁及过量金属镁四个主要部分。由于其流程长、工序多、能耗高等因素，使海绵钛成本居高不下，其价格远高于钢铁的价格，单位重量价格也是金属铝的3倍以上，限制了钛在各行业的应用。

对制备金属钛方法的研究有很多种，比较有代表性如：英国剑桥大学提出的FFC法、日本京都大学提出的OS法、日本的Okabe等提出的PRP工艺、氟钛酸盐还原等。这些方法都存在着目前尚不能克服的技术问题，所以都没有实现工业化。

公开号为“CN1712571A”，公开了一种用二氧化钛做主要原料的制钛方法，该方法以碳或碳化钛还原二氧化钛制备一种导电性的固溶体TiC·TiO，然后用该固溶体做可溶阳极，进行熔盐电解，最后在阴极上可获得金属钛。该方法具有工艺简单、电解过程连续进行等优点，但是该方法需要在高温真空的条件下制备固溶体TiC·TiO，使得该方法能耗极高。

公开号为“US7410562B2”的美国专利，公开了一种用TiO₂-C复合阳极制备金属钛的方法，该方法是热和电化学过程相结合的方法，其要点是用碳和钛的氧化物进行热处理，形成TiCxOy复合阳极，然后以该TiCxOy复合阳极做为可溶阳极进行熔盐电解，在阴极得到金属钛。该方法和上述中国发明专利有相似的优缺点，同样，需要在高温真空下进行热还原制备复合阳极，因此该方法的能耗仍然较高。

上述两个专利在热还原步骤，含钛物料中的C是以CO的形式溢出，这导致还原剂用量为很大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种能耗低，反应效率高的熔盐电解制备金属钛的方法。

本发明电解提取金属钛的时复合阳极的制备方法，包括以下步骤：

a、原料准备：测定硫酸法生产钛白过程中得到的钛液中的钛含量M；

b、复合阳极材料混合：向a步骤得到的钛液中加入12％M～20％M的还原剂，再加入1％M～5％M的粘结剂，混合均匀，得到混合物料；其中，还原剂+粘结剂＝13％M～23％M；

c、复合阳极制备：将b步骤得到的混合物料在0.5～1.5MPa压力下压制成型，在100～120℃下干燥3～5h，在300～350℃煅烧2～4h，得到含钛复合阳极；

d、金属钛的制取：以c步骤得到的含钛复合阳极为电池阳极，以碳钢为阴极，按照熔盐电解法，在电池阴极上得到金属钛。

进一步的，作为更优选的技术方案，上述所述电解提取金属钛的时复合阳极的制备方法，其中b步骤中向钛液中优选加入17％M的还原剂，再优选加入3％M的粘结剂。

上述所述电解提取金属钛的时复合阳极的制备方法，其中还原剂为碳粉。

上述所述电解提取金属钛的时复合阳极的制备方法，其中粘结剂为沥青。

进一步的，作为更优选的技术方案，上述所述电解提取金属钛的时复合阳极的制备方法，其中c步骤中混合物料在1MPa压力下压制成型，在100℃下干燥4h后，在300℃下煅烧4h，得到含钛复合阳极。

本发明电解提取金属钛的时复合阳极的制备方法，在复合阳极的制备过程中，没有可见的还原反应发生，但在熔盐电解时，产生的CO₂量是CO的1/3～1/2，这样就可以减少还原剂的消耗，降低生产成本，通过对制备的阳极料进行XRD检测，表明仍然只有TiO₂和C两种物相存在，但在电解时的反应效率却比现有技术还要高，因此可以得出：在煅烧过程中，本发明混合物发生了轻微的反应，其效果具有催化的作用，使得电解时阳极反应加速。

具体实施方式

本发明电解提取金属钛的时复合阳极的制备方法，包括以下步骤：

a、原料准备：测定硫酸法生产钛白过程中得到的钛液中的钛含量M；

b、复合阳极材料混合：向a步骤得到的钛液中加入12％M～20％M的还原剂，再加入1％M～5％M的粘结剂，混合均匀，得到混合物料；其中，还原剂+粘结剂＝13％M～23％M；