專利名稱：一種熔鹽電解提取鈦的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種熔鹽電解生產(chǎn)鈦的方法，涉及一種熔鹽電解冶金生產(chǎn)金屬的方法，特別是熔鹽電解提取鈦的方法。
背景技術(shù)：
鈦屬于重要的稀有金屬材料，自1948年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)以來，發(fā)展速度是非?？斓?。鈦因其比重小、比強(qiáng)度高、耐熱、無磁、可焊等眾多優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天、艦船、電子、兵器等軍事領(lǐng)域以及石油、化工、冶金、醫(yī)療等民用領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，鈦及鈦合金已成為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的一種重要的稀有金屬結(jié)構(gòu)材料。目前工業(yè)生產(chǎn)金屬鈦，主要采用金屬氯化渣或金屬氧化物得到四價(jià)金屬氯化物，然后采用鎂熱還原法或鈉熱還原法制備金屬，亦稱Kroll法。這種工藝方法存在著工藝復(fù)雜、成本高、能耗大以及污染環(huán)境，同時(shí)造成了鈦及鈦合金的價(jià)格較高，限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。、為尋求新的低成本鈦的生產(chǎn)工藝，國內(nèi)外均做了大量的研究工作，研究的新工藝有熔鹽電解法、等離子法、金屬氫化物還原法、氣相還原法等方法。其中人們一直在設(shè)想采用電解法生產(chǎn)金屬鈦，目前研究的電解方法有兩種，一種是在四氯化鈦熔鹽中電解還原鈦，主要是采用在熔鹽(如氯化鈉)中溶解鈦，在陰極還原鈦離子生成鈦金屬。另一種方法是1997年英國劍橋大學(xué)材料科學(xué)與冶金學(xué)系D.J.Fray領(lǐng)導(dǎo)的材料化學(xué)研究小組首先提出的，是采用熔鹽中電脫氧方法直接還原金屬氧化物制備金屬鈦(被稱為FFC法)，但到目前為止均沒有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。FFC法的具體工藝過程是，將二氧化鈦粉末用粘結(jié)劑混合后，壓制成電解陰極板，石墨做陽極，熔融氯化鈣作為電解質(zhì)，通適量電流，在電解期間，陰極上的二氧化鈦離解，氧氣從陰極向陽極遷移，在陽極上放出氧氣，金屬鈦留在陰極板上，呈穩(wěn)定的固體，不會(huì)被氧化。電解池的工作溫度在800-1000℃，工作電壓為2.8-3.2V。其中FFC面臨最大的問題是電流效率低，這是由于電解時(shí)涉及離子的在固體中的擴(kuò)散，因此離子的擴(kuò)散速度和電極的導(dǎo)電性能限制了電解反應(yīng)速度和電解效率的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述已有技術(shù)存在的不足，提高一種能有效解決電解過程存在的電流效率問題的熔鹽電解提取鈦的方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
一種熔鹽電解提取鈦的方法，其特征在于其電解過程是采用添加了CaCO3或CaO和Ti粉末的TiO2電極作為陰極進(jìn)行熔鹽電解的。
本發(fā)明的一種熔鹽電解提取鈦的方法，其特征在于其添加了CaCO3和Ti粉末的TiO2電極的重量百分比組成為CaCO3為5％-15％；Ti粉為0％-10％，余量為TiO2和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明的一種熔鹽電解提取鈦的方法，其特征在于其添加了CaO和Ti粉末的TiO2電極的重量百分比組成為CaO的含量為5％-15％；；Ti粉為0％-10％，余量為TiO2和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明的一種熔鹽電解提取鈦的方法，其特征在于其TiO2電極的制備是采用TiO2、CaCO3或CaO、Ti粉末為原料，粉末粒度在50μm以下，經(jīng)混勻后，在100-200MPa的壓力下壓制成型制備成電極；在600--1000℃真空或惰性氣體條件下燒結(jié)1-2小時(shí)。
本發(fā)明的一種熔鹽電解提取鈦的方法，其特征在于其電解過程是將懸掛在電極引線上的TiO2陰極插入裝有熔鹽CaCl2的石墨坩堝中，在氬氣保護(hù)下電解，溫度為900-950℃，電解電壓為3-3.2V條件下進(jìn)行電解的。
本發(fā)明的方法，采用在制備中添加了CaCO3和Ti粉末的TiO2粉末，經(jīng)壓制成型、真空或惰性氣體條件下燒結(jié)而成的電極作為陰極，最后在熔鹽中通電脫氧，獲得金屬鈦。
電極中的CaCO3在900℃時(shí)可發(fā)生分解生成CO2氣體和CaO。而CaO在900℃的CaCl2中有很高的溶解度為19.4％mol，CaO在CaCl2中的溶解有利于熔鹽的滲入，增加電極反應(yīng)的面積，提高電解效率。此外根據(jù)熱力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算可知在900℃下，CaO分解為Ca和O2的理論分解電壓為2.7V，因此CaO在3V的電解條件下也會(huì)分解成Ca和O2。
在TiO2電極制備中添加合適的CaCO3，在燒結(jié)和電解時(shí)CaCO3的分解可增加陰極片上的孔隙。
在TiO2電極制備中添加少量Ti粉末，并在真空或氬氣下燒結(jié)，可使陰極導(dǎo)電性增加，降低電解的能耗，提高電解效率。實(shí)驗(yàn)表明，采用本發(fā)明的方法，電解效率能提高20％以上。
具體實(shí)施例方式
一種熔鹽電解提取鈦的方法，其電解過程是采用添加了CaCO3或CaO和Ti粉末的TiO2電極作為陰極進(jìn)行熔鹽電解的。其電極的重量百分比組成為CaCO3為5％-15％或CaO的含量為5％-15％；Ti粉為0％-10％，余量為TiO2和不可避免的雜質(zhì)。其TiO2電極的制備是采用TiO2、CaCO3、Ti粉末為原料，粉末粒度在50μm以下，經(jīng)混勻后，在100-200MPa的壓力下壓制成型制備成電極；在600--1000℃真空或惰性氣體條件下燒結(jié)1-2小時(shí)。電解過程是將懸掛在電極引線上的TiO2陰極插入裝有熔鹽CaCl2的石墨坩堝中，在氬氣保護(hù)下電解，溫度為900-950℃，電解電壓為3-3.2V條件下進(jìn)行電解的。
實(shí)施例1采用95％TiO2、5％CaCO3粉末為原料，粉末粒度在50μm以下，經(jīng)混勻后，在100MPa的壓力下壓制成型，再經(jīng)900℃燒結(jié)制備樣品。以熔鹽CaCl2為電解質(zhì)，燒結(jié)后的TiO2片為陰極，石墨棒為陽極。實(shí)驗(yàn)時(shí)將懸掛在電極引線上的TiO2燒結(jié)樣品插入裝有熔鹽CaCl2的石墨坩堝中，在氬氣保護(hù)下電解，電解溫度為900℃時(shí)。電解電壓為3-3.2V，電解時(shí)間為4h。電解效率提高了20.6％。
實(shí)施例2采用85％TiO2、15％CaCO3粉末為原料，粉末粒度在50μm以下，經(jīng)混勻后，在100MPa的壓力下壓制成型，再經(jīng)900℃燒結(jié)制備樣品。以熔鹽CaCl2為電解質(zhì)，燒結(jié)后的TiO2片為陰極，石墨棒為陽極。實(shí)驗(yàn)時(shí)將懸掛在電極引線上的TiO2燒結(jié)樣品插入裝有熔鹽CaCl2的石墨坩堝中，在氬氣保護(hù)下電解，電解溫度為900℃時(shí)。電解電壓為3-3.2V，電解時(shí)間為4h。電解效率提高了25.9％。
實(shí)施例3采用90％TiO2、5％CaCO3、5％Ti粉末為原料，粉末粒度在50μm以下，經(jīng)混勻后，在100MPa的壓力下壓制成型，再經(jīng)900℃燒結(jié)制備樣品。以熔鹽CaCl2為電解質(zhì)，燒結(jié)后的TiO2片為陰極，石墨棒為陽極。實(shí)驗(yàn)時(shí)將懸掛在電極引線上的TiO2燒結(jié)樣品插入裝有熔鹽CaCl2的石墨坩堝中，在氬氣保護(hù)下電解，電解溫度為900℃時(shí)。電解電壓為3-3.2V，電解時(shí)間為4h。電解效率提高了21％。
實(shí)施例4采用80％TiO2、15％CaCO3、5％Ti粉末為原料，粉末粒度在50μm以下，經(jīng)混勻后，在100MPa的壓力下壓制成型，再經(jīng)900℃燒結(jié)制備樣品。以熔鹽CaCl2為電解質(zhì)，燒結(jié)后的TiO2片為陰極，石墨棒為陽極。實(shí)驗(yàn)時(shí)將懸掛在電極引線上的TiO2燒結(jié)樣品插入裝有熔鹽CaCl2的石墨坩堝中，在氬氣保護(hù)下電解，電解溫度為900℃時(shí)。電解電壓為3-3.2V，電解時(shí)間為4h。電解效率提高了27％。
實(shí)施例5采用85％TiO2、5％CaCO3、10％Ti粉末為原料，粉末粒度在50μm以下，經(jīng)混勻后，在100MPa的壓力下壓制成型，再經(jīng)900℃燒結(jié)制備樣品。以熔鹽CaCl2為電解質(zhì)，燒結(jié)后的TiO2片為陰極，石墨棒為陽極。實(shí)驗(yàn)時(shí)將懸掛在電極引線上的TiO2燒結(jié)樣品插入裝有熔鹽CaCl2的石墨坩堝中，在氬氣保護(hù)下電解，電解溫度為900℃時(shí)。電解電壓為3-3.2V，電解時(shí)間為4h。電解效率提高了24％。
實(shí)施例6采用75％TiO2、15％CaCO3、10％Ti粉末為原料，粉末粒度在50μm以下，經(jīng)混勻后，在100MPa的壓力下壓制成型，再經(jīng)900℃燒結(jié)制備樣品。以熔鹽CaCl2為電解質(zhì)，燒結(jié)后的TiO2片為陰極，石墨棒為陽極。實(shí)驗(yàn)時(shí)將懸掛在電極引線上的TiO2燒結(jié)樣品插入裝有熔鹽CaCl2的石墨坩堝中，在氬氣保護(hù)下電解，電解溫度為900℃時(shí)。電解電壓為3-3.2V，電解時(shí)間為4h。電解效率提高了33％。
實(shí)施例7采用75％TiO2、15％CaO、10％Ti粉末為原料，粉末粒度在50μm以下，經(jīng)混勻后，在100MPa的壓力下壓制成型，再經(jīng)900℃燒結(jié)制備樣品。以熔鹽CaCl2為電解質(zhì)，燒結(jié)后的TiO2片為陰極，石墨棒為陽極。實(shí)驗(yàn)時(shí)將懸掛在電極引線上的TiO2燒結(jié)樣品插入裝有熔鹽CaCl2的石墨坩堝中，在氬氣保護(hù)下電解，電解溫度為900℃時(shí)。電解電壓為3-3.2V，電解時(shí)間為4h。電解效率提高了30％。
實(shí)施例8采用85％TiO2、15％CaO粉末為原料，粉末粒度在50μm以下，經(jīng)混勻后，在100MPa的壓力下壓制成型，再經(jīng)900℃燒結(jié)制備樣品。以熔鹽CaCl2為電解質(zhì)，燒結(jié)后的TiO2片為陰極，石墨棒為陽極。實(shí)驗(yàn)時(shí)將懸掛在電極引線上的TiO2燒結(jié)樣品插入裝有熔鹽CaCl2的石墨坩堝中，在氬氣保護(hù)下電解，電解溫度為900℃時(shí)。電解電壓為3-3.2V，電解時(shí)間為4h。電解效率提高了23.3％。
實(shí)施例9采用95％TiO2、5％CaO粉末為原料，粉末粒度在50μm以下，經(jīng)混勻后，在100MPa的壓力下壓制成型，再經(jīng)900℃燒結(jié)制備樣品。以熔鹽CaCl2為電解質(zhì)，燒結(jié)后的TiO2片為陰極，石墨棒為陽極。實(shí)驗(yàn)時(shí)將懸掛在電極引線上的TiO2燒結(jié)樣品插入裝有熔鹽CaCl2的石墨坩堝中，在氬氣保護(hù)下電解，電解溫度為900℃時(shí)。電解電壓為3-3.2V，電解時(shí)間為4h。電解效率提高了20.4％。
實(shí)施例10采用85％TiO2、5％CaO、10％Ti粉末為原料，粉末粒度在50μm以下，經(jīng)混勻后，在100MPa的壓力下壓制成型，再經(jīng)900℃燒結(jié)制備樣品。以熔鹽CaCl2為電解質(zhì)，燒結(jié)后的TiO2片為陰極，石墨棒為陽極。實(shí)驗(yàn)時(shí)將懸掛在電極引線上的TiO2燒結(jié)樣品插入裝有熔鹽CaCl2的石墨坩堝中，在氬氣保護(hù)下電解，電解溫度為900℃時(shí)。電解電壓為3-3.2V，電解時(shí)間為4h。電解效率提高了23％。
權(quán)利要求
1.一種熔鹽電解提取鈦的方法，其特征在于其電解過程是采用添加了CaCO3或CaO和Ti粉末的TiO2電極作為陰極進(jìn)行熔鹽電解的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔鹽電解提取鈦的方法，其特征在于其添加了CaCO3和Ti粉末的TiO2電極的重量百分比組成為CaCO3為5％-15％；Ti粉為0％-10％，余量為TiO2和不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔鹽電解提取鈦的方法，其特征在于其添加了CaO和Ti粉末的TiO2電極的重量百分比組成為CaO的含量為5％-15％；；Ti粉為0％-10％，余量為TiO2和不可避免的雜質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔鹽電解提取鈦的方法，其特征在于其TiO2電極的制備是采用TiO2、CaCO3或CaO、Ti粉末為原料，粉末粒度在50μm以下，經(jīng)混勻后，在100-200MPa的壓力下壓制成型制備成電極；在600--1000℃真空或惰性氣體條件下燒結(jié)1-2小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔鹽電解提取鈦的方法，其特征在于其電解過程是將懸掛在電極引線上的TiO2陰極插入裝有熔鹽CaCl2的石墨坩堝中，在氬氣保護(hù)下電解，溫度為900-950℃，電解電壓為3-3.2V條件下進(jìn)行電解的。
全文摘要
一種熔鹽電解生產(chǎn)鈦的方法，涉及一種熔鹽電解冶金生產(chǎn)金屬的方法，特別是熔鹽電解提取鈦的方法。其特征在于其電解過程是采用添加了CaCO
文檔編號(hào)C25C3/28GK1958859SQ200610137990
公開日2007年5月9日 申請(qǐng)日期2006年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月3日
發(fā)明者杜繼紅, 奚正平, 李爭顯, 李晴宇, 唐勇 申請(qǐng)人:西北有色金屬研究院