[发明专利]一种氟化物熔盐中二氧化钛溶解-电解制备金属钛的方法

说明书

本发明涉及一种氟化物熔盐中二氧化钛溶解‑电解制备金属钛的方法，属于金属钛制备技术领域。本发明以TiO₂为原料，将TiO₂直接加入n NaF‑K₂TiF₆氟化物熔盐体系中溶解，同时以石墨或金属材料作为电解槽的阳极，以金属材料为电解槽的阴极，在密闭的电解槽中通入惰性保护气氛中进行电解，电解后的阴极产物使用真空蒸馏或者稀盐酸溶液洗涤的方法除去附着的电解质后得到金属钛。本发明方法直接把TiO₂溶解到氟化物熔盐中进行电解，其方法简单，流程较短，成本较低，产物纯度较高。

技术领域

本发明涉及一种氟化物熔盐中二氧化钛溶解-电解制备金属钛的方法，属于金属钛制备技术领域。

背景技术

钛是重要的金属，具有密度小、比强度高、耐热、无磁、可焊等众多优点，钛及其合金在航空、航天、石油、化工、冶金、医疗等领域得到广泛的应用，尤其是航空航天、航海领域，钛金属成为举足轻重材料，被誉为“太空金属”、“海洋金属”。

目前，工业生产金属钛的唯一方法是镁热还原法，也被称为Kroll法。该工艺是将金属镁放入到反应器中并充入氩气保护，加热到800℃～900℃，然后以一定的速度加入四氯化钛与镁蒸汽反应生产海绵钛。该工艺具有非连续、生产过程复杂、成本高、能耗大、环境污染大等缺点。高成本的冶炼方法造成了钛及钛合金的价格较高，限制了钛及其合金材料的广泛应用。

现有技术中，熔盐电解法制备金属钛采用TiO₂为原料在CaCl₂熔盐中对阴极进行脱氧生产海绵钛，但是原料利用率低、电解脱氧效率低、产物含氧量高；在CaCl₂熔盐中用电解得到的活性钙将TiO₂还原为钛金属，但是电流效率低、原料反应不完全、产品杂质含量高、原料二氧化钛纯度要求高；以TiO₂和C按化学计量比混合在1100℃～1300℃热还原得到钛的低价化合物，再以此为复合阳极在碱金属熔盐体系中电解得到金属钛。该工艺复合阳极为钛的低价钛化合物和碳的混合材料，在电化学溶解的过程会有剩余碳覆盖在阳极表面阻碍了阳极的进一步溶解，存在阳极溶解率低的问题；以二氧化钛和石墨为原料，在1500℃下真空碳热还原生产出导电性良好的钛的低价化合物，并以此为可溶阳极材料在700℃的NaCl-KCl熔盐体系中电解提取高纯金属钛，或者以含钛物料和含碳还原剂混合为原料混合均匀后压制成型并在1000℃～2000℃的含氮气氛下进行焙烧制成导电性良好含钛化合物，然后以这种含钛化合物作为阳极在碱金属或碱土金属的卤化物熔盐中电解提取金属钛，然而该工艺也可能存在阳极溶解率低的问题；以四氯化钛为原料，用金属钛还原得到低价钛的氯化物，然后通过熔盐电解获得金属钛，存在原料昂贵、反应率低、成本高等问题；以液态金属(铋、锡、铅等)为阴极，海绵钛或可溶含钛物质(钛碳氧固溶体等)为阳极，进行电解。电解结束后，阴极钛合金产物经高温蒸馏，最后得到高纯钛金属；将二氧化钛粉末经过烧结后制得烧结体，然后将烧结体和金属钼丝为阴极，以石墨为阳极，以NaF与AlF₃的混合物熔体为电解质进行电解得到金属钛粉；将二氧化钛粉末经过烧结后制得烧结体，然后将烧结体和金属钼丝为阴极，以石墨为阳极，以NaF与AlF₃的混合物熔体为电解质进行电解得到金属钛粉；含钛导电陶瓷阳极、回转阴极在熔盐电解槽内电解，回转阴极连续地将在阴极表面沉积的金属钛粉转移至熔盐上方，分离的金属钛粉使用除氧去离子水清洗，最后真空干燥得到制备好的金属钛粉；采用二氧化钛为原料，选用氢气作为还原剂制得Ti₄O₇粉末，然后以无水氯化钙作为熔盐、石墨为阳极还原得到的Ti₄O₇粉末为阴极，通过熔盐电解得到金属钛。

但是，现有技术中的熔盐电解法制备金属钛存在原料昂贵、流程复杂、成本高等问题。

发明内容