[发明专利]一种用含钛物料生产金属钛的方法

说明书

技术领域

本发明涉及熔盐电解制备金属钛技术领域，更具体地讲，涉及一种以诸如高钛渣和金红石等含钛物料为原料直接生产金属钛粉的方法。

背景技术

金属钛作为一种新金属，具有低密度、良好的耐蚀性和可塑性、高比强度等一系列优良性质，被广泛用于航空航天、人造卫星、军工、化工、石油、冶金、轻工、电力、海水淡化、舰艇、纺织以及医疗等领域，因此它被誉为21世纪的金属。

目前，海绵钛的工业生产方法仍为镁热还原法，该工艺包含：钛矿物经过富集-氯化-精馏制取TiCl₄，然后在氩或氦惰性气氛中用镁还原TiCl₄为海绵钛后，进行真空蒸馏分离除去镁和MgCl₂，最后经产品精整处理即为成品海绵钛。该方法产能大，易实现商业化，所以到目前为止还没有其它工艺来替代。然而，该工艺所存在的流程长、周期长、还原率低、还原剂价格较高、过程难实现连续化等一系列缺点造成海绵钛成本过高。

对制备金属钛方法的研究有很多种，比较有代表性如：英国剑桥大学提出的FFC法、日本京都大学提出的OS法、日本的Okabe等提出的PRP工艺、氟钛酸盐还原等。然而，这些方法都存在着目前尚不能克服的技术问题，所以都没有实现工业化。

公开号CN1712571A的中国发明专利申请中公开了本发明提供一种具有金属导电性的固溶体阳极TiO·mTiC直接电解制备纯钛的方法，该方法中的固溶体阳极TiO·mTiC以碳和二氧化钛或者以碳化钛和二氧化钛为原料，按化学反应计量混合为粉末，然后压制成型，在600℃～1600℃的温度范围内真空反应制成。该方法具有工艺简单、电解过程连续进行等优点，但是该方法需要在高温真空的条件下制备固溶体TiO·mTiC，因此，该方法能耗较高并且使用了高成本的钛白粉作为原料。

公开号为US7410562B2的美国专利文献公开了一种用TiO₂-C复合阳极制备金属钛的方法，该方法是热和电化学过程相结合的方法，其要点是用碳和含钛物料进行热处理，形成TiC_xO_y复合阳极，然后以该TiC_xO_y复合阳极做为可溶阳极进行熔盐电解，在阴极得到金属钛。该方法和上述中国发明专利申请有相似的优缺点，即，该方法同样需要在高温真空下进行热还原制备复合阳极，因此该方法的能耗仍然较高，并且该方法也使用了高成本的钛白粉作为原料。

发明内容

针对上述现有技术存在的能耗高的不足，本发明的目的之一在于提供一种通过熔盐电解法低能耗地生产金属钛粉的方法。

本发明的一方面提供了一种用含钛物料生产金属钛的方法，所述方法包括以下步骤：将含钛物料和碳质还原剂进行混合、压制、干燥后，直接作为第一阳极，以金属或合金作为第一阴极，以碱金属氯化物熔盐和/或碱土金属氯化物熔盐为第一电解质，组成第一电解体系，在惰性气氛下进行预电解，得到残阳极；将残阳极经洗涤后，再次成型、干燥并作为第二阳极，以金属或合金作为第二阴极，以碱金属氯化物熔盐和/或碱土金属氯化物熔盐为第二电解质，组成第二电解体系，在惰性气氛下进行电解，得到金属钛粉。

在本发明的一个示例性实施例中，所述第二阳极可以通过将经洗涤的残阳极与碳质还原剂混合、成型、干燥而制得，并且将所述第二阳极中的氧原子与以单质形式存在的碳原子的个数比控制为2∶1～1∶1。

在本发明的一个示例性实施例中，所述碳质还原剂为煤粉、焦粉、活性炭、石墨、炭黑及石油焦中的至少一种。

在本发明的一个示例性实施例中，所述含钛物料可以为高钛渣或金红石。

在本发明的一个示例性实施例中，所述含钛物料和碳质还原剂可以具有能够通过200目筛的粒度。

在本发明的一个示例性实施例中，在所述第一阳极中，所述含钛物料中氧原子与所述碳质还原剂中碳原子的个数比为2∶1～1∶1。

在本发明的一个示例性实施例中，所述第一阴极可以为碳钢棒、钼棒或钛棒，所述第二阴极可以为碳钢棒、钼棒或钛棒。

在本发明的一个示例性实施例中，所述第二电解体系的电解步骤可包括将阳极电流密度控制为0.025A/cm²～0.75A/cm²，将阴极电流密度控制为0.1A/cm²～2A/cm²。

在本发明的一个示例性实施例中，所述第二电解质还可以含有低价钛离子。