[发明专利]亚氧化钛系可溶电极制备方法及其在电解制备高纯钛中的应用

说明书

本发明所述亚氧化钛系可溶电极及其制备方法与其在电解制备高纯钛中的应用，电极材料由亚氧化钛或亚氧化钛和金属M组成，所述亚氧化钛为TiO、Ti₃O₅、Ti₄O₇、Ti₅O₉、Ti₆O₁₁、Ti₇O₁₃、Ti₈O₁₅或Ti₉O₁₇，M为Cu、Pb、Zr、Ag、Mo、Mn、Nb、Ta中的至少一种或至少两种，首先将原料制备成亚氧化钛块体，或亚氧化钛与钛棒或石墨棒结合在一起的亚氧化钛复合块体，再将亚氧化钛块体或亚氧化钛复合块体加工成一定形状的电极材料，并将其应用在熔盐电解制备高纯钛的应用中。本发明方法能得到杂质含量低的高纯金属钛。

技术领域

本发明有色金属冶金技术领域，特别涉及亚氧化钛系可溶电极及其制备方法及其在熔盐电解制备高纯钛中的应用

背景技术

钛作为一种结构材料，具有密度小、比强度高、耐腐蚀、耐高温等优异性能，除了适合作为航天零件组件以外，在石油工业、能源、交通、化工、生化、医药等民用领域也得到了一定应用。目前世界范围内所采用钛的工业生产方法是Kroll法，该法由于生产不连续、流程长、工序多，且常温下TiCl₄具有挥发性、腐蚀性，故使海绵钛成本居高不下，限制了钛在各行业的应用。由于Kroll法有其自身的局限性，熔盐电解法被广泛研究应用于制取金属钛。该方法以钛的卤化物为原料，采用碱金属或碱土金属的氯化物为电解质，但仍存在TiCl₄在融盐中的溶解度低，难以满足工业化大规模生产的需要。2000年，英国剑桥开发了FCC法引起广泛关注，FCC法是一种非常简单的电解法，以固体的TiO₂作阴极，碳质还原剂作阳极，金属的熔融氯化物(如CaCl₂)作电解质，当外加的电压低于融盐的分解电压时，阴极上的氧电离后进入电解质，在阳极放出O₂和CO₂气体，而阴极上留下纯金属Ti，但此方法对TiO₂纯度要求非常高，并且TiO₂电导率较低，电解时的所需能耗大，后期存在电解脱氧效率低、脱氧的过程复杂等问题。CN1712571公开了以二氧化钛和石墨为原料在1500℃下真空碳热还原制备出导电性良好的Ti₂CO，并以此为可溶阳极材料在700℃的NaCl-KCl熔盐体系中电解提取高纯金属钛，但此方法阳极的制备过程需要温度高，并且Ti₂CO作为可溶阳极，其中C元素会对制备的高纯钛有一定的污染。CN101519789A公开了一种以金属钛还原四氯化钛，生成三氯化钛或二氯化钛，然后通过熔盐电解制备金属钛，但该方法使用原料为四氯化钛和金属钛，价格昂贵，提高了钛的生产成本。

钛氧化物，包括TiO，Ti₃O₅，Magnéli相亚氧化钛Ti_nO_2n-1(4≦n≦9)具有基于金红石型TiO₂晶格的结构，亚氧化钛系粉体是指亚氧化钛粉体及其在亚氧化钛基础上掺杂金属元素形成的粉体，其电导率高，常温下不同亚氧化钛的电导率理论上可达到300～1500S/cm，且具有化学稳定性好、易加工等特点，并且由于其不含C、N等杂质元素，这使其可以成为电化学应用的电极材料及熔盐电解的可溶阳极材料。实际应用中是将亚氧化钛粉体加工成具有一定强度和硬度的片状或块状材料，目前可采用的烧结方式有放电等离子烧结、热等静压烧结等，但由于其设备采用“高温高压”而价格昂贵。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供亚氧化钛系可溶电极及其制备方法与其在电解制备高纯钛中的应用，采用设备造价低，同时降低钛的生产成本，实现工业化批量生产。