[发明专利]一种两步法制备高纯钛的方法

说明书

本发明提出一种两步法制备高纯钛的方法，涉及电化学冶金领域。该方法包括低价TiO_x(x<1)的制备和高纯钛的提取两个部分。首先是在氧化物(TiO₂+MgO+Al₂O₃+CaO)和少量氟化物为添加剂的电解质体系中以石墨或惰性电极为阳极、金属材料为阴极制备TiO_x(x<1)原料，然后在氯化物电解质体系中，以TiO_x为阳极、金属材料为阴极，熔盐提取高纯钛，在此过程中，电解质中产生的游离态[O]可进一步氧化剩余的低价TiO_x为高价TiO₂，并返回第一步作为氧化物钛离子源原料。本发明所述一种两步法熔盐提取高纯钛的新方法具有工艺简单、能耗低、钛元素回收率高等特点，并且能够实现工业化提取高纯钛的方法。

技术领域

本发明涉及一种熔盐制备高纯钛的方法，尤其是以低价TiO_x(x&lt;1)为原料，属于电化学冶金领域，具体可实现从含低价钛离子氧化物中制备高纯钛的方法。

背景技术

金属钛由于其稳定的化学性质，良好的耐高温、耐低温、抗强酸强碱，以及高强度、低密度，被誉为“太空金属”和“海洋金属”等。目前，金属钛已经成为优异的轻型结构材料、新型功能材料和重要的生物医用材料。纯钛一般指纯度(质量分数)大于99％的钛材料，而高纯钛纯度可达到4N级(99.99％)，甚至更高。作为钛系列产品中的一员，高纯钛除具有以上优点外，还具有塑性好、吸附活性气体和良好的生物相容性及无毒性等优点。因此，高纯钛被广泛应用于吸气材料、生物材料、装饰材料以及电子信息行业。作为世界上金属钛初级产品海绵钛产能最大的国家，我国海绵钛产能严重过剩，然而在高纯钛领域却几乎为空白。当前，只有美国、日本的三家企业能生产高纯钛，作为高端金属材料，美国严格限制其对中国的出口，限制了我国在高纯钛方面的应用。因此，研发高纯钛的生产工艺，成为我国当务之急。

目前，金属钛的主流生产工艺为Kroll法，即四氯化钛的金属镁热还原法。其核心工艺是将精制的四氯化钛加入到盛有熔融镁液的特定反应容器中进行还原，得到海绵钛，但是此工艺为间歇式生产，导致该方法的生产效率低、能耗高。作为改进，Hyodo等于2003年报道了采用Kroll法生产5N级高纯钛(文献：Hyodo I,Ichihashi H.Establishment of themanufacturing technology of 5N super purity titanium billets by Krollprocess.In：Ichihashi H ed.The 10^th World Conference on Titanium,Hamburg:TheInstitute ofMaterials Press,2003,141-147.)。

碘化法利用碘几乎不溶于钛，但能够与钛反应的原理提纯钛。但是传统的碘化法存在以下问题：①反应在电热丝上进行，反应速度慢，生产效率低；②由于是通电加热，沉积层导致电热丝电阻变化，致使温度控制困难；③容易受到来自反应容器的污染。为了解决传统碘化法存在的问题，日本住友钛公司发明了一种新的碘化法(文献：Yoshimura,Y.,Inoha,Y.Method for obtaining high purity titanium.USPatent 5232485,1993-8-3.)。该方法可以生产出纯度达到6N级的高纯钛，与传统碘化法相比，新的方法降低了分解温度(约200℃)，使得工艺变得简单。