[发明专利]一种用TiCl4真空辉光放电制备金属钛的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料冶金技术领域，涉及一种制备金属钛的装置及方法，特别是涉及一种用TiCl₄真空辉光放电制备金属钛的装置及方法。

背景技术

钛是重要的稀有金属材料，自1948年实现工业化生产以来，发展速度非常快，因其比重小、比强度高、耐热、无磁、耐蚀等众多优点，在航空、航天、舰船、电子、兵器等军事领域以及石油、化工、冶金、医疗等民用领域得到广泛的应用，它已成为国民经济建设中的一种重要的金属材料，被誉为“第三金属”。

钛是1791年英国牧师W.格雷戈尔(Gregor)在黑磁铁矿中发现了一种新的元素，1795年德国化学家M.H.克拉普鲁斯(Klaproth)在研究金红石时也发现了该元素，并以希腊神Titans命名。1910年美国科学家M.A.亨特(Hunter)首次用钠还原TiCl₄制取了纯钛。1940年卢森堡科学家W.J.克劳尔(kroll)用镁还原TiCl₄制得了纯钛。从此，镁还原法(又称kroll法)和钠还原法(又称为Hunter法)成为生产海绵钛的工业方法。美国在1948年用镁还原法制出2吨海绵钛，从此达到了工业生产规模。随后，英国、日本、前苏联和我国也相继进入工业化生产。全球海绵钛生产规模60年代为60kt/a，70年代为110kt/a，80年代为130kt/a，到1992年已达140kt/a。我国的海绵钛产量在不断的增加，2006年海绵钛的产量达到18kt/a。

目前工业上大批量生产海绵钛的是镁还原法(kroll法)和钠还原法(Hunte r法)，其过程为：钛铁矿(FeTiO₃)用浓硫酸(H₂SO₄)进行处理，生成偏钛酸(H₂TiO₃)，锻烧偏钛酸达到二氧化钛(TiO₂)，将二氧化钛与炭粉混合加热到1000～1100K进行氯化处理，生成TiCl₄，在1070K用熔盐的镁在氩气中还原TiCl₄可得到多孔的海绵钛。镁、钠还原的反应方程分别为：TiCl₄+2Mg＝2MgCl₂+Ti和TiCl₄+4Na＝4NaCl+Ti。无论是镁还原还是钠还原，制造工序长、耗能高，因此，海绵钛的制造成本很高。为了降低海绵钛的制造成本，至今，人们发明了许多制造海绵钛的方法，归纳起来主要是围绕以TiO₂为原料和以TiCl₄为原料的两大类方法。以TiO₂为原料的方法主要有：电化学还原法(FFC法)、钙热还原法、金属氢化物还原法。以TiCl₄为原料的方法主要有：过量钠熔盐还原(ITP)法、导电体介入反应法和TiCl₄熔盐电解法。这些方法均处在研究阶段，尚有许多技术问题需要研究，无法与现有的kroll法和Hunter法相比。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种生产效率高、可大量生产海绵钛的用TiCl₄真空辉光放电制备金属钛的装置及方法。以降低海绵钛的制造成本，提高钛的纯度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用TiCl₄真空辉光放电制备金属钛的装置，其特征在于该装置包括一真空室3，所述真空室3的顶部通过汽化管道5与气体流量控制器10和TiCl₄汽化装置4连通，其底部通过氯气管道6与气体收集器8连通，真空室3内安装有与真空室3绝缘的收集极1和阳极2，电源9分别与收集极1和阳极2连接并给收集极1提供负电压。

所述电源9为直流稳压电源，其电压在5000-500V范围内可调。

所述收集极1呈海绵状，由纯钛制成。