專利名稱：一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法及裝置，涉及一種采用四氯化鈦為原料熔鹽電解法直接生產(chǎn)高純鈦的方法及裝置。
背景技術(shù)：
工業(yè)界一般是將純度在99. 995%以上，即金屬雜質(zhì)總和在50ppm以下的鈦稱為聞純欽。主要應(yīng)用于大規(guī)1旲集成電路、航空航天、醫(yī)療合金等聞科技領(lǐng)域。目如，聞純鈦的制備方法可以分為物理法和化學(xué)精煉法兩大類。其中物理法主要有區(qū)域熔煉法、偏析法、高真空熔煉法、真空蒸餾法、電遷移法、電磁場(chǎng)提純法、光激發(fā)精制法、電子束熔煉法等?；瘜W(xué)精煉法主要有溶劑萃取法、置換沉淀法、氯化物精餾法、碘化物熱分解法、歧化分解法、熔析精煉法、熔鹽電解法等。在上述方法中，得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展的有克勞爾法、碘化物熱分解法、熔鹽電解法和電子束熔煉法。熔鹽電解法是利用電化學(xué)原理制取純鈦的一種方法。該方法是以粗鈦、鈦合金或鈦化合物作陽(yáng)極，在一定析出電位下使原料鈦溶入電解液中，并在陰極析出高純鈦。電解過(guò)程中溶出電位比鈦高的雜質(zhì)留在陽(yáng)極上或沉淀在電解液中，溶出電位比鈦低的雜質(zhì)也同鈦一起溶入電解液中。熔鹽電解法是發(fā)展比較早的一種方法。實(shí)際生產(chǎn)中熔鹽電解法主要作為一種精煉方法，即利用海綿鈦?zhàn)鳛殛?yáng)極在熔鹽中進(jìn)行電解提純。專利公開(kāi)號(hào)CN101343756A，發(fā)明名稱為一種高溫熔鹽電解二氧化鈦制備金屬鈦的方法的中國(guó)專利申請(qǐng)，該方案稱提取金屬鈦時(shí)的工藝流程短、電解效率高、成本低。但是該方法是針對(duì)普通海綿鈦，不能用來(lái)生產(chǎn)99. 995%以上的高純鈦。申請(qǐng)公布號(hào)CN102517611A，發(fā)明名稱為熔鹽電解提煉設(shè)備及其提煉金屬的方法。該發(fā)明公布的技術(shù)方案認(rèn)為，減少了提煉出的聞純欽中的雜質(zhì)，進(jìn)一步地提聞了聞純欽的純度。申請(qǐng)公布號(hào)CN101775626A，發(fā)明名稱為一種熔鹽電解法生產(chǎn)高純鈦的裝置。該發(fā) 明公布的技術(shù)方案稱可以用該裝置生產(chǎn)純度達(dá)到99. 99%以上的鈦，且能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，提高產(chǎn)量。該發(fā)明是以海綿鈦為原材料，通過(guò)熔鹽電解方法進(jìn)行提純生產(chǎn)高純鈦。申請(qǐng)公布號(hào)CN101984101A，發(fā)明名稱為一種高純鈦的生產(chǎn)方法。該發(fā)明公布的技術(shù)方案是通過(guò)四氯化鈦加熱后成為氣體和鎂蒸氣進(jìn)行反應(yīng)，生成金屬鈦和氯化鎂。將金屬鈦進(jìn)行反復(fù)清洗后可以得到高純鈦。目前工業(yè)界熔鹽電解生產(chǎn)高純鈦的原材料均為海綿鈦，其原材料制備成本高、產(chǎn)品純度不理想，制備能耗高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述已有技術(shù)存在的不足，提供一種能有效節(jié)約原料和制備成本，提高產(chǎn)品純度的以四氯化鈦為原料直接生產(chǎn)高純鈦熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法及裝置。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法，其特征在于其生產(chǎn)過(guò)程采用四氯化鈦為原料，以金屬鎂為陽(yáng)極，將四氯化鈦通入選自氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣、氯化鎂中的二種混合熔鹽中進(jìn)行電解，生成的鈦在陰極上沉積得到鈦產(chǎn)品。本發(fā)明的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法，其特征在于所述的陰極為鈦制金屬棒狀陰極。本發(fā)明的一種熔 鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法，其特征在于所述的四氯化鈦為高純四氯化鈦，純度為99. 995%。本發(fā)明的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法，其特征在于在電解過(guò)程通入氬氣保護(hù)。本發(fā)明的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法，其特征在于所述的混合熔鹽為氯化鈉和氯化鉀的混合熔鹽。本發(fā)明的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法，其特征在于所述的混合熔鹽為氯化鈣和氯化鎂的混合熔鹽。本發(fā)明的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法，其特征在于所述的混合熔鹽為氯化鈉和氯化鈣的混合熔鹽。本發(fā)明的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法，其特征在于所述的混合熔鹽為氯化鉀和氯化鎂的混合熔鹽。本發(fā)明的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法，其特征在于為氯化鈉和氯化鉀的混合熔鹽的摩爾比為1:1。本發(fā)明的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法，其特征在于其電解的過(guò)程的電壓為1. 7 3. 0V。本發(fā)明的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法，其特征在于其電解的過(guò)程的電壓為1. 9V。一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的裝置，其特征在于其結(jié)構(gòu)包括
電解反應(yīng)鍋，電解反應(yīng)鍋爐為一上端敞口、帶有平法蘭的杯狀不銹鋼反應(yīng)鍋，反應(yīng)鍋上端設(shè)有上封頂蓋板，在電解反應(yīng)鍋外設(shè)有加熱裝置，在不銹鋼反應(yīng)鍋與上封頂蓋板間設(shè)有絕緣環(huán)；反應(yīng)鍋帶有的平法蘭上設(shè)有正電極聯(lián)接頭，反應(yīng)鍋上端設(shè)有的上封頂蓋板上設(shè)有負(fù)電極聯(lián)接頭；
隔離筒，該隔離筒為間隙居中位于電解反應(yīng)鍋內(nèi)的直管狀節(jié)筒；
電解陰極，該陰極由與電解反應(yīng)鍋?lái)斏w垂直貫穿聯(lián)接的陰極聯(lián)桿和固定在陰極聯(lián)桿下端、居中位于隔離筒內(nèi)的棒狀陰極組成；
進(jìn)料通管，該進(jìn)料通管為穿過(guò)電解反應(yīng)鍋?lái)斏w、出料口位于電解反應(yīng)鍋中的隔離筒內(nèi)的通管。本發(fā)明的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的裝置，其特征在于其結(jié)構(gòu)還包括一陰極罩，該陰極罩為下端敞口、上頂居中固定在陰極聯(lián)桿上的倒置的氧化鋁陶瓷的杯狀殼體。本發(fā)明的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的裝置，其特征在于其結(jié)構(gòu)還包括真空抽氣裝置，其結(jié)構(gòu)包括位于電解反應(yīng)鍋上端平法蘭和電解反應(yīng)鍋?lái)斏w間的環(huán)狀板和穿過(guò)環(huán)狀板的
抽真空管。本發(fā)明的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的裝置，其特征在于所述的反應(yīng)鍋上端設(shè)有的上封頂蓋板上居中開(kāi)有能通過(guò)陰極罩、陰極的通孔，在通孔卡裝有封密塞板，電解陰極的陰極聯(lián)桿和進(jìn)料通管穿過(guò)封密塞板。本發(fā)明的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的裝置，其特征在于在反應(yīng)鍋上端設(shè)有的上封頂蓋板上，還設(shè)有一個(gè)絕緣環(huán)板，在絕緣環(huán)板上設(shè)有帽狀的冷卻塔體；電解陰極的陰極聯(lián)桿端穿過(guò)帽狀冷卻塔體上頂，與提升裝置聯(lián)接。本發(fā)明的一種熔鹽 電解法生產(chǎn)鈦的裝置，其特征在于所述的帽狀冷卻塔體還設(shè)有抽真空裝置，其結(jié)構(gòu)包括位于帽狀的冷卻塔體下沿和絕緣環(huán)板間的環(huán)狀板和穿過(guò)環(huán)狀板的
抽真空管。本發(fā)明的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的裝置，其特征在于在電解反應(yīng)鍋外設(shè)有的加熱裝置為能嵌放入電解反應(yīng)鍋的電加熱爐。本發(fā)明的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的裝置，其特征在于所述的進(jìn)料通管穿過(guò)電解反應(yīng)鍋?lái)斏w、伸至電解反應(yīng)鍋內(nèi)的陰極罩下部，底端彎折向上、出料口正對(duì)電解陰極。本發(fā)明的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法，其特征在于其金屬鎂陽(yáng)極浮于電解反應(yīng)鍋和隔離筒外壁間的選自氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣、氯化鎂中的二種混合熔鹽之上。本發(fā)明的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法，采用四氯化鈦為原料，通過(guò)保護(hù)氣體和四氯化鈦液體通入熔鹽中進(jìn)行，直接生成金屬鈦，作為陽(yáng)極的鎂金屬不和陰極接觸，通入的四氯化鈦和陰極獲得的鈦的純度基本不變，只要輸入高純度的四氯化鈦，就能在陰極獲得高純度的鈦，使鈦的純度得到了有效保證，利用目前工業(yè)上可以生產(chǎn)出的99. 995%以上純度的四氯化鈦，就可以生產(chǎn)99. 995%以上純度的鈦，與以海綿鈦為原料生產(chǎn)高純金屬鈦的工藝相比，成本大大降低。


圖1為本發(fā)明的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法，其生產(chǎn)過(guò)程采用四氯化鈦為原料，以金屬鎂為陽(yáng)極，將四氯化鈦通入選自氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣、氯化鎂中的二種混合熔鹽中進(jìn)行電解，生成的鈦在陰極上沉積得到鈦產(chǎn)品；所述的陰極為鈦制金屬棒狀陰極；所述的四氯化鈦為高純四氯化鈦，純度為99. 995% ;在電解過(guò)程通入氬氣保護(hù)。本發(fā)明的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法，電解過(guò)程選擇的熔鹽采用復(fù)合熔鹽，一方面是要保證低的熔鹽體系熔點(diǎn)溫度；一方面要保證熔鹽的密度的要求，使作為陽(yáng)極的鎂能浮于電解過(guò)程的陽(yáng)極區(qū)的熔鹽上。其所述的氯化鈉和氯化鉀的混合熔鹽中氯化鈉和氯化鉀的重量比最好為1:1。也可以選用氯化鈣和氯化鎂，但必須是混合鹽，如氯化鈣和氯化鎂、氯化鈉和氯化鈣、氯化鉀和氯化鎂等。本發(fā)明的方法，理論上由于作為陽(yáng)極的Mg變成Mg離子的電壓可以提供2. 46V,鈦離子沉積成鈦需要最低1. 76V，多余O. 7V，還需要克服系統(tǒng)里的阻力，因此需要外部加電壓=0. 7V+熔鹽電壓+其它的電阻電壓(電阻X電流)，一般需要電壓為1. 7^3. 0V，最佳為1.9V ;電流取決于四氯化鈦的進(jìn)料速率如進(jìn)料速率為28ml/min電流為400A，溫度取決于混合鹽的種類如摩爾比1:1的氯化鈉和氯化鉀的混合鹽溫度為750°C。
當(dāng)電壓為1. 9V，摩爾比1:1的氯化鈉和氯化鉀的混合鹽溫度為750°C時(shí)，其相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下
TiCl4 流動(dòng)速率與電流的關(guān)系(Relation between TiCl4 Flow and Amperes faradayCurrent)
權(quán)利要求
1.一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法，其特征在于其生產(chǎn)過(guò)程采用四氯化鈦為原料，以金屬鎂為陽(yáng)極，將四氯化鈦通入選自氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣、氯化鎂中的二種混合熔鹽中進(jìn)行電解，電解生成的鈦在陰極上沉積得到鈦產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法，其特征在于所述的陰極為鈦制金屬棒狀陰極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法，其特征在于所述的四氯化鈦為高純四氯化鈦，純度為99. 995%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法，其特征在于在電解過(guò)程通入氬氣保護(hù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法，其特征在于所述的混合熔鹽為氯化鈉和氯化鉀的混合熔鹽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法，其特征在于所述的混合熔鹽為氯化鈣和氯化鎂的混合熔鹽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法，其特征在于所述的混合熔鹽為氯化鈉和氯化鈣的混合熔鹽。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法，其特征在于所述的混合熔鹽為氯化鉀和氯化鎂的混合熔鹽。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法，其特征在于為氯化鈉和氯化鉀的混合熔鹽的摩爾比為1:1。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法，其特征在于其電解的過(guò)程的電壓為1. 7 3. 0V。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法，其特征在于其電解的過(guò)程的電壓為1.9V。
12.一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的裝置，其特征在于其結(jié)構(gòu)包括 電解反應(yīng)鍋，電解反應(yīng)鍋爐為一上端敞口、帶有平法蘭的杯狀不銹鋼反應(yīng)鍋，反應(yīng)鍋上端設(shè)有上封頂蓋板，在電解反應(yīng)鍋外設(shè)有加熱裝置，在不銹鋼反應(yīng)鍋與上封頂蓋板間設(shè)有絕緣環(huán)；反應(yīng)鍋帶有的平法蘭上設(shè)有正電極聯(lián)接頭，反應(yīng)鍋上端設(shè)有的上封頂蓋板上設(shè)有負(fù)電極聯(lián)接頭； 隔離筒，該隔離筒為間隙居中位于電解反應(yīng)鍋內(nèi)的直管狀節(jié)筒； 電解陰極，該陰極由與電解反應(yīng)鍋?lái)斏w垂直貫穿聯(lián)接的陰極聯(lián)桿和固定在陰極聯(lián)桿下端、居中位于隔離筒內(nèi)的棒狀陰極組成； 進(jìn)料通管，該進(jìn)料通管為穿過(guò)電解反應(yīng)鍋?lái)斏w、出料口位于電解反應(yīng)鍋中的隔離筒內(nèi)的通管。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的裝置，其特征在于其結(jié)構(gòu)還包括一陰極罩，該陰極罩為下端敞口、上頂居中固定在陰極聯(lián)桿上的倒置的氧化鋁陶瓷的杯狀殼體。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的裝置，其特征在于其結(jié)構(gòu)還包括真空抽氣裝置，其結(jié)構(gòu)包括位于電解反應(yīng)鍋上端平法蘭和電解反應(yīng)鍋?lái)斏w間的環(huán)狀板和穿過(guò)環(huán)狀板的抽真空管。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的裝置，其特征在于所述的反應(yīng)鍋上端設(shè)有的上封頂蓋板上居中開(kāi)有能通過(guò)陰極罩、陰極的通孔，在通孔卡裝有封密塞板，電解陰極的陰極聯(lián)桿和進(jìn)料通管穿過(guò)封密塞板。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的裝置，其特征在于在反應(yīng)鍋上端設(shè)有的上封頂蓋板上，還設(shè)有一個(gè)絕緣環(huán)板，在絕緣環(huán)板上設(shè)有帽狀的冷卻塔體；電解陰極的陰極聯(lián)桿端穿過(guò)帽狀冷卻塔體上頂，與提升裝置聯(lián)接。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的裝置，其特征在于所述的帽狀冷卻塔體還設(shè)有抽真空裝置，其結(jié)構(gòu)包括位于帽狀的冷卻塔體下沿和絕緣環(huán)板間的環(huán)狀板和穿過(guò)環(huán)狀板的抽真空管。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的裝置，其特征在于在電解反應(yīng)鍋外設(shè)有的加熱裝置為能嵌放入電解反應(yīng)鍋的電阻加熱爐。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的裝置，其特征在于所述的進(jìn)料通管穿過(guò)電解反應(yīng)鍋?lái)斏w、伸至電解反應(yīng)鍋內(nèi)的陰極罩下部，底端彎折向上、出料口正對(duì)電解陰極。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法，其特征在于其金屬鎂陽(yáng)極浮于電解反應(yīng)鍋和隔離筒外壁間的選自氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣、氯化鎂中的二種混合熔鹽之上。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的裝置，其特征在于所述的陰極聯(lián)桿的材質(zhì)為石墨。
22.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的裝置，其特征在于所述的隔離筒的材質(zhì)為不銹鋼。
23.根據(jù)權(quán)利要求13所述的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的裝置，其特征在于所述的陰極罩材質(zhì)為三氧化二招陶瓷。
24.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的裝置，其特征在于所述的進(jìn)料管材質(zhì)為不銹鋼。
全文摘要
一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法及裝置，涉及一種采用四氯化鈦為原料熔鹽電解法直接生產(chǎn)高純鈦的裝置。其特征在于采用四氯化鈦為原料，將四氯化鈦通入氯化鈉和氯化鉀的混合熔鹽中，采用金屬鎂為陽(yáng)極、金屬鈦為陰極進(jìn)行電解，四氯化鈦電解生成氯化鎂和鈦，生成的鈦直接在鈦陰極上沉積，分離得到鈦產(chǎn)品。本發(fā)明的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鈦的方法及其裝置，可以從四氯化鈦直接生產(chǎn)高純鈦，從而無(wú)需使用海綿鈦?zhàn)鳛樵牧?，可以?jié)省成本，并可以生產(chǎn)更高純度的鈦。生產(chǎn)的高純鈦的形狀為圓柱狀或方柱狀。該形狀的鈦錠可以直接作為下一步工序電子束熔爐或真空自耗爐的原料。從而節(jié)省了壓塊和焊接的工藝，進(jìn)一步節(jié)省了成本。
文檔編號(hào)C25C3/28GK103014775SQ20121058514
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者哈里·羅森伯格, 郭蔚, 郭建平 申請(qǐng)人:金壇市六九鈦業(yè)科技有限公司