從氧化鈦複合礦製備海綿鈦的方法

2023-05-10 23:27:41 1

專利名稱：從氧化鈦複合礦製備海綿鈦的方法
技術領域：
本發明涉及一種從氧化鈦複合礦製備海綿鈦的方法，屬電解法純金屬製備技術領域。
本發明的目的是通過以下工藝技術方案來達到的。
本發明的一種從氧化鈦複合礦製備海綿鈦的方法，其特徵在於把氧化鈦複合礦熔解於特定熔鹽體系中，利用固體透氧膜把置於加熱容器中的熔鹽及陰極與陽極隔離，在電解過程中最終參與電極反應的物質是鈦氧化物；其工藝步驟如下首先將含有二氧化鈦的複合礦原料在1000-1100℃溫度條件下熔解於Na、Ca、K滷素鹽的熔鹽體系中，並保溫2-3小時，使體系成分均勻；將陰極和內表面覆蓋有多孔金屬陶瓷塗層為陽極的管狀固體透氧膜一併插入加熱容器或坩堝內的上述混合熔鹽中；陰極材料為石墨，陽極材料為Ni-ZrO2金屬陶瓷，它為覆蓋於固體透氧膜表面的多孔金屬陶瓷塗層，且作為陽極；固體透氧膜的材料為釔穩定的氧化鋯，即O.88 ZrO2-O.12Y2O3；在陽極端高溫陶瓷管內通入氫氣的流量為300ml/分；在直流電源的一定電壓電流下進行電解，最終在陰極端獲得金屬鈦。
本發明方法的電解過程是在本發明方法所用的專用裝置中進行的。該裝置的結構包括有高溫加熱裝置、熔液容器或坩堝、石墨電極、管狀固體透氧膜、高溫陶瓷管及多孔金屬陶瓷塗層即陽極；二氧化鈦複合礦和其他熔鹽的混合共熔鹽置於坩堝中，籍其旁側的加熱裝置進行高溫加熱，其特徵在於石墨陰極和內表面覆蓋有多孔金屬陶瓷塗層陽極的管狀固體透氧膜，兩者都插在加熱坩堝內的混合熔鹽中；管狀固體透氧膜的管埠是封閉的；位於管中心設置有可通入氫氣的高溫陶瓷管；石墨陰極和覆蓋於管狀固體透氧膜的多孔金屬陶瓷塗層陽極分別與直流電源的正負極相連。
本發明方法的機理是將氧化鈦複合礦熔解於特定的熔鹽體系，控制參與電解反應的帶電離子，使得參與電解反應是鈦氧化物而非其他物質。
電解過程中，由於陽極處於透氧膜管內且與熔鹽隔離，而透氧膜只允許氧離子傳遞，因此參加陽極反應的陰離子只有氧離子O2-，在陽極端經高溫陶瓷管通入還原氣體氫，則生成的產物是H2O，而不是CO，CO2或Cl2。陽極反應為控制電極電位可使熔鹽電解質中的各類鈦離子在陰極析出，陰極反應為本發明方法的特點是控制電解過程中的電極電位，可以保證參與電解反應的是鈦氧化物而不是其它物質，這可極大降低利用高純二氧化鈦生產金屬鈦電解法對原材料的苛刻要求，可以對各類低品位鈦礦資源進行開發利用，可直接從氧化鈦複合礦原料提取金屬鈦，工藝流程短，能耗低；陽極不會消耗；只要透氧膜穩定，在電解槽上施加相當高的電壓也不會導致熔融滷化物電解質的電離；對環境無汙染、另外可以實現連續化生產。同時，本發明方法的這一原理還可用於釩以及釹和鏑等稀土金屬的製備。


圖1為本發明方法電解工藝的專用裝置結構示意圖。
實施例一將含有二氧化鈦的複合礦原料，即TiO2含量為35％的鈣鈦礦(CaO.TiO2)20克在1000℃高溫條件下，熔解於80克的NaCl-NaF-KCl熔鹽體系中，其組成質量比為40％-40％-20％，並保溫3小時，使體系成分均勻；將石墨陰極和內表面覆蓋有多孔金屬陶瓷塗層為陽極的管狀固體透氧膜一併插入坩堝內的上述混合熔鹽中，陽極即為Ni-ZrO2多孔金屬陶瓷塗層，固體透氧膜為釔穩定的氧化鋯，即0.88ZrO2-0.12Y2O3；在陽極端高溫陶瓷管內通入氫氣的流量為300ml/分，將直流電源的正負極與電解槽內的陽、陰極分別連接好，使進行電解操作，電解電壓為1.95V，電解電流為0.23A，電解時間為5小時，最終在陰極端的到6.8克的金屬鈦顆粒。金屬鈦的回收率為96％，電流效率為97％。
實施例二將含有二氧化鈦的複合礦原料，即TiO2含量為35％的鈣鈦礦(2FeO.TiO2)10克在1100℃高溫條件下，熔解於80克的NaCl-Na3AlF6熔鹽體系中，其組成質量比為20％∶80％，並保溫2小時，使體系成分均勻；將石墨陰極和內表面覆蓋有多孔金屬陶瓷塗層為陽極的管狀固體透氧膜一併插入坩堝內的上述混合熔鹽中，所用材料與上例相同。在陽極端高溫陶瓷管內通入氫氣的流量為300ml/分，將直流電源的正負極與電解槽內的陽、陰極分別連接好，使進行電解操作，電解電壓為1.25V，電解電流為0.25A，電解時間為4小時，最終在陰極端的到2克的金屬鈦顆粒。金屬鈦的回收率為95％，電流效率為96％。
上述的電解過程是在本發明方法的專用裝置中進行的。
如圖1所示，該裝置的結構包括有高溫加熱裝置1、盛放熔液的坩堝2、石墨電極3、管狀固體透氧膜4、高溫陶瓷管5及多孔金屬陶瓷塗層即陽極6；二氧化鈦複合礦和其他熔鹽的混合共熔鹽7置於坩堝2中，籍其旁側的加熱裝置1進行高溫加熱，其特徵在於石墨陰極3和內表面覆蓋有多孔金屬陶瓷塗層陽極6的管狀固體透氧膜4，兩者都插在加熱坩堝2內的混合熔鹽中；管狀固體透氧膜4的管埠是封閉的；位於管中心設置有可通入氫氣的高溫陶瓷管5；石墨陰極3和覆蓋於管狀固體透氧膜4的多孔金屬陶瓷塗層陽極6分別與直流電源的正負極相連。
權利要求
1.一種從氧化鈦複合礦製備海綿鈦的方法，其特徵在於把氧化鈦複合礦熔解於特定熔鹽體系中，利用固體透氧膜把置於加熱容器中的熔鹽及陰極與陽極隔離，在電解過程中最終參與電極反應的物質是鈦氧化物；其工藝步驟如下首先將含有二氧化鈦的複合礦原料在1000-1100℃溫度條件下熔解於Na、Ca、K滷素鹽的熔鹽體系中，並保溫2-3小時，使體系成分均勻；將陰極和內表面覆蓋有多孔金屬陶瓷塗層為陽極的管狀固體透氧膜一併插入加熱容器或坩堝內的上述混合熔鹽中；陰極材料為石墨，陽極材料為Ni-ZrO2金屬陶瓷，它為覆蓋於固體透氧膜表面的多孔金屬陶瓷塗層，且作為陽極；固體透氧膜的材料為釔穩定的氧化鋯，即0.88 ZrO2-0.12Y2O3；在陽極端高溫陶瓷管內通入氫氣的流量為300ml/分；在直流電源的一定電壓電流下進行電解，最終在陰極端獲得金屬鈦。
2.根據權利要求1所述的一種從氧化鈦複合礦製備海綿鈦的方法，其特徵在於熔解二氧化鈦複合礦的熔鹽體系為NaCl-NaF-KCl，其組成質量比為40％∶40％∶20％；也可以為NaCl-Na3AlF6，其組成質量比為20％∶80％。
3.根據權利要求1所述的一種從氧化鈦複合礦製備海綿鈦的方法，其特徵在於電解過程中，直流電源得電解電位為1.25-1.95V，電解電源為0.23-0.25A。
4.根據權利要求1所述的一種從氧化鈦複合礦製備海綿鈦的方法中所用得專用裝置，該裝置的結構包括有高溫加熱裝置(1)、熔液容器或坩堝(2)、石墨電極(3)、管狀固體透氧膜(4)、高溫陶瓷管(5)及多孔金屬陶瓷塗層即陽極(6)；二氧化鈦複合礦和其他熔鹽的混合共熔鹽(7)置於坩堝(2)中，籍其旁側的加熱裝置(1)進行高溫加熱，其特徵在於石墨陰極(3)和內表面覆蓋有多孔金屬陶瓷塗層陽極(6)的管狀固體透氧膜(4)，兩者都插在加熱坩堝(2)內的混合熔鹽中；管狀固體透氧膜(4)的管埠是封閉的；位於管中心設置有可通入氫氣的高溫陶瓷管(5)；石墨陰極(3)和覆蓋於管狀固體透氧膜(4)的多孔金屬陶瓷塗層陽極(6)分別與直流電源的正負極相連。
全文摘要
本發明涉及一種從氧化鈦複合礦製備海綿鈦的方法，其特徵在於把氧化鈦複合礦熔解於特定熔鹽體系中，利用固體透氧膜把置於加熱容器中的熔鹽及陰極與陽極隔離，在電解過程中最終參與電極反應的物質是鈦氧化物；其工藝步驟如下首先將含有二氧化鈦的複合礦原料在1000－1100℃溫度條件下熔解於選定的熔鹽體系中，將石墨陰極和內表面覆蓋有多孔金屬陶瓷塗層為陽極的管狀固體透氧膜一併插入加熱容器或坩堝內的上述混合熔鹽中；在陽極端高溫陶瓷管內通入氫氣在直流電源的一定電壓電流下進行電解，最終在陰極端獲得金屬鈦。本發明方法可以對各類低品位鈦礦資源進行開發利用，可直接從氧化鈦複合礦原料提取金屬鈦，工藝流程短，能耗低；可實現連續工業化生產。
文檔編號C25C5/00GK1450205SQ03116548
公開日2003年10月22日 申請日期2003年4月22日 優先權日2003年4月22日
發明者魯雄剛, 丁偉中, 周國治, 方建慧, 梁小偉 申請人:上海大學, 上海寶鋼集團有限公司