專利名稱：從氧化鈦復合礦制備海綿鈦的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種從氧化鈦復合礦制備海綿鈦的方法，屬電解法純金屬制備技術領域。
本發(fā)明的目的是通過以下工藝技術方案來達到的。
本發(fā)明的一種從氧化鈦復合礦制備海綿鈦的方法，其特征在于把氧化鈦復合礦熔解于特定熔鹽體系中，利用固體透氧膜把置于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復合礦原料在1000-1100℃溫度條件下熔解于Na、Ca、K鹵素鹽的熔鹽體系中，并保溫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涂層為陽極的管狀固體透氧膜一并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，它為覆蓋于固體透氧膜表面的多孔金屬陶瓷涂層，且作為陽極；固體透氧膜的材料為釔穩(wěn)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(fā)明方法的電解過程是在本發(fā)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涂層即陽極；二氧化鈦復合礦和其他熔鹽的混合共熔鹽置于坩堝中，籍其旁側的加熱裝置進行高溫加熱，其特征在于石墨陰極和內表面覆蓋有多孔金屬陶瓷涂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端口是封閉的；位于管中心設置有可通入氫氣的高溫陶瓷管；石墨陰極和覆蓋于管狀固體透氧膜的多孔金屬陶瓷涂層陽極分別與直流電源的正負極相連。
本發(fā)明方法的機理是將氧化鈦復合礦熔解于特定的熔鹽體系，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，由于陽極處于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(jīng)高溫陶瓷管通入還原氣體氫，則生成的產(chǎn)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(fā)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(chǎn)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(fā)利用，可直接從氧化鈦復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(wěn)定，在電解槽上施加相當高的電壓也不會導致熔融鹵化物電解質的電離；對環(huán)境無污染、另外可以實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。同時，本發(fā)明方法的這一原理還可用于釩以及釹和鏑等稀土金屬的制備。


圖1為本發(fā)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復合礦原料，即TiO2含量為35％的鈣鈦礦(CaO.TiO2)20克在1000℃高溫條件下，熔解于80克的NaCl-NaF-KCl熔鹽體系中，其組成質量比為40％-40％-20％，并保溫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涂層為陽極的管狀固體透氧膜一并插入坩堝內的上述混合熔鹽中，陽極即為Ni-ZrO2多孔金屬陶瓷涂層，固體透氧膜為釔穩(wěn)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復合礦原料，即TiO2含量為35％的鈣鈦礦(2FeO.TiO2)10克在1100℃高溫條件下，熔解于80克的NaCl-Na3AlF6熔鹽體系中，其組成質量比為20％∶80％，并保溫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涂層為陽極的管狀固體透氧膜一并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(fā)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及多孔金屬陶瓷涂層即陽極6；二氧化鈦復合礦和其他熔鹽的混合共熔鹽7置于坩堝2中，籍其旁側的加熱裝置1進行高溫加熱，其特征在于石墨陰極3和內表面覆蓋有多孔金屬陶瓷涂層陽極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的管端口是封閉的；位于管中心設置有可通入氫氣的高溫陶瓷管5；石墨陰極3和覆蓋于管狀固體透氧膜4的多孔金屬陶瓷涂層陽極6分別與直流電源的正負極相連。
權利要求
1.一種從氧化鈦復合礦制備海綿鈦的方法，其特征在于把氧化鈦復合礦熔解于特定熔鹽體系中，利用固體透氧膜把置于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復合礦原料在1000-1100℃溫度條件下熔解于Na、Ca、K鹵素鹽的熔鹽體系中，并保溫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涂層為陽極的管狀固體透氧膜一并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，它為覆蓋于固體透氧膜表面的多孔金屬陶瓷涂層，且作為陽極；固體透氧膜的材料為釔穩(wěn)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(jù)權利要求1所述的一種從氧化鈦復合礦制備海綿鈦的方法，其特征在于熔解二氧化鈦復合礦的熔鹽體系為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(jù)權利要求1所述的一種從氧化鈦復合礦制備海綿鈦的方法，其特征在于電解過程中，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(jù)權利要求1所述的一種從氧化鈦復合礦制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)及多孔金屬陶瓷涂層即陽極(6)；二氧化鈦復合礦和其他熔鹽的混合共熔鹽(7)置于坩堝(2)中，籍其旁側的加熱裝置(1)進行高溫加熱，其特征在于石墨陰極(3)和內表面覆蓋有多孔金屬陶瓷涂層陽極(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)的管端口是封閉的；位于管中心設置有可通入氫氣的高溫陶瓷管(5)；石墨陰極(3)和覆蓋于管狀固體透氧膜(4)的多孔金屬陶瓷涂層陽極(6)分別與直流電源的正負極相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種從氧化鈦復合礦制備海綿鈦的方法，其特征在于把氧化鈦復合礦熔解于特定熔鹽體系中，利用固體透氧膜把置于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復合礦原料在1000－1100℃溫度條件下熔解于選定的熔鹽體系中，將石墨陰極和內表面覆蓋有多孔金屬陶瓷涂層為陽極的管狀固體透氧膜一并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(fā)明方法可以對各類低品位鈦礦資源進行開發(fā)利用，可直接從氧化鈦復合礦原料提取金屬鈦，工藝流程短，能耗低；可實現(xiàn)連續(xù)工業(yè)化生產(chǎn)。
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(yōu)先權日2003年4月22日
發(fā)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