[发明专利]一种电解-氯化-电解制备纯钛的装置及方法

说明书

一种电解‑氯化‑电解制备纯钛的装置及方法，属于电解法生产金属钛领域。第一电解槽以熔融碱金属氯化物、碱土金属氯化物、氯化铝或它们的混合物为电解质，第二电解槽以熔融碱金属氯化物、碱土金属氯化物或它们的混合物为电解质；第一电解槽阳极处产生的Cl₂通过导管进入储有TiC_xO_y或TiC_xO_yN_z原料的氯化反应器中，在200℃～600℃温度下氯化出TiCl₄气体；该气体经过导管通入第二电解槽中阴极处，利用TiCl₄在第二电解槽中的溶解性，进而电解出高纯钛金属；同时阳极产生的Cl₂又循环至第一电解槽氯化反应器中继续参与TiC_xO_y或TiC_xO_yN_z的氯化。本发明工艺简单，清洁高效；同时可根据需求，精确定制第一电解槽所得副产物，进一步提升经济效益。

技术领域

本发明涉及一种电解-氯化-电解制备纯钛的装置及方法，属于电解法生产金属钛领域。

背景技术

钛金属具有诸多优异的物理化学性能，其密度低(4.5g/cm³)、熔点高(1660℃)、抗腐蚀、耐氧化、无毒无害，具有良好的生物相容性，被称为“未来金属”。其在航空航天、化学化工、船舶舰艇、生物医疗、民用建材和体育器材等领域具有广泛的应用。在此基础上，人们将钛含量高于99.95％或99.99％(即3N5或4N)的钛金属称为高纯钛金属。高纯钛金属不仅拥有普通钛金属所具有的优良性能，同时，其优异的延伸率(50-60％)、断面收缩率(70-80％)以及超低含量的有害杂质元素是普通钛无法企及的。因此，高纯钛在高端微电子、尖端航天技术、精密超大规模集成电路及显示屏等高端领域备受青睐。

目前，高纯钛的工业化生产主要有两种方法，一种是Kroll法，另一种是熔盐电解法。前者以TiO₂经过配碳、氯化得到TiCl₄，TiCl₄再经过镁热还原得到钛金属，而副产物MgCl₂则需要采用熔盐电解法进行分解，从而实现循环利用。整个流程繁杂冗长、产率有限。此外，为了得到高纯钛金属，所用原料(TiCl₄及镁金属)往往需要更高的纯度，这就增加了高纯钛的制备成本。后者以海绵钛为阳极，以含钛卤化物熔盐为电解质，电解过程中阳极海绵钛溶解，阴极钛离子沉积，得到高纯钛金属。该方法相对于Kroll法流程简短，且可有效控制产物中的氧含量，得到低氧高纯钛金属。然而，海绵钛的制备终究离不开Kroll法，因此其上游流程复杂、低效，最终造成以海绵钛为阳极的熔盐电解精炼成本较高。