一种熔盐脉冲电流电解制备钛的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种熔盐脉冲电流电解制备钛的方法及装置，该方法包括：在惰性气体保护下，将脉冲电源的正极和负极分别与阳极海绵钛和熔盐连通，使得含钛离子的熔盐在脉冲电流下，电解生成的钛在阴极上进行沉积，从而制得低氧高纯钛。本发明专利技术电解出致密的钛板，厚度可达8mm以上，进而消除钛粉末和枝晶的生成，大幅度降低电解产物比表面积和电解钛氧含量；可生产氧含量＜30ppm的超低氧高纯钛；具有操作简单和可连续生产特点。

Method and device for preparing titanium by molten salt pulse current electrolysis

The invention discloses a method and a device for molten salt pulse current electrolytic preparation of titanium, the method includes: under the protection of inert gas, the positive and negative pulse power supply are respectively connected with the anode of titanium sponge and molten salt, the molten salt containing titanium ions under pulse current, electrolytic formation of titanium deposited on the cathode, thereby producing oxygen and high pure titanium. The invention of electrolytic titanium dense, above the thickness up to 8mm, and then eliminate the generation of titanium powder and dendrite, greatly reduce the electrolytic product specific surface area and electrolytic titanium oxygen content; Gao Chuntai can produce ultra low oxygen oxygen content is less than 30ppm; has the advantages of simple operation and continuous production.

【技术实现步骤摘要】
一种熔盐脉冲电流电解制备钛的方法及装置
本专利技术涉及熔盐电解
，尤其涉及一种熔盐脉冲电流电解制备钛的方法及装置。
技术介绍
在常用金属中，钛是地壳中含量最丰富的元素之一，在结构金属中丰度占第四位，仅次于铝、铁、镁。钛是一种性能优越的稀有金属材料，除了优越的强度/重量比，适合作为航天零组件以外，目前已经开发了许多非航天的用途，在石油、能源、交通、化工和生医等民用领域也得到了一定应用，并且其应用领域还在不断扩展。近年来，随着半导体技术、信息技术和生物材料等高科技领域的快速发展，对所使用的钛金属的纯度要求也越来越高，对高纯钛的需求量也越来越大。高纯钛的生产方法主要有熔盐电解精炼法、碘化法、电子束熔炼法。用碘化法精炼时,析出速度慢,且是间歇式操作,因此生产率低。电子束熔炼法对一般的低熔点金属杂质元素及非金属元素C、N、H都可去除，但氧和重金属必须在电子束熔炼前用熔盐电解法或碘化法除去。采用熔盐电解法精炼钛不仅可以有效除去导致集成电路误差的放射性元素铀和钍，而且生产可连续进行，生产率高，消耗的能量小，生产成本低。熔盐电解精炼法是以粗钛作阳极，在一定析出电位下使原料钛溶入电解液中，并在阴极析出钛。电解过程中原料钛(阳极)中的不纯物，其溶出电位比钛高的杂质不溶出而留在阳极中，溶出电位比钛低的杂质溶出后留在电解液中，这样在阴极析出的就为纯钛，从而达到了提纯的目的。熔盐电解精炼制备高纯钛工艺一般采用碱金属或碱土金属卤化物熔盐作为电解质，在惰性气体保护环境下，以恒电流或恒电位进行电解。电解时，阴极附近钛离子获得电子析出钛晶体，阴极表面钛离子不断被消耗，造成浓差极化，进而导致电解产物为粉末状或枝晶状。钛粉末或钛枝晶具有较高的比表面积和金属活性，很容易被氧化，氧化后其表面附着一层很薄的氧化膜，因此，电解钛含氧量与其比表面积呈正相关。传统熔盐电解法制备的高纯钛氧含量在100ppm以上。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术的目的之一在于：提供一种熔盐脉冲电流电解制备钛的方法，该方法克服了现有技术电解过程中的浓差极化的技术问题。本专利技术的目的之二在于：提供一种熔盐脉冲电流电解制备钛的装置，该装置可生产氧含量＜30ppm的超低氧高纯钛。为了达到上述目的之一，本专利技术通过如下技术方案实现：一种熔盐脉冲电流电解制备钛的方法，所述方法包括：在惰性气体保护下，将脉冲电源的正极和负极分别与阳极海绵钛和熔盐连通，使得含钛离子的熔盐在脉冲电流下，电解生成的钛在阴极上进行沉积，从而制得低氧高纯钛。进一步的，所述熔盐中钛离子的初始浓度为1～6wt％；电解过程中，阴极的电流密度为0.05～1.0A/cm2，阳极的电流密度为0.01～0.5A/cm2；脉冲电流的脉冲周期为1～20秒，通断比为0.4～2.0；所述通断比为脉冲周期的电流导通时间和断开时间的比值。进一步的，所述熔盐为卤化物熔盐。进一步的，所述卤化物熔盐为NaCl、KCl、LiCl、NaF、KF和LiF的一种或几种。进一步的，所述卤化物熔盐为NaCl和KCl的混合熔盐，该混合熔盐中钛离子的初始浓度为1～4wt％，电解温度为800～900℃；电解过程中，阴极的电流密度为0.1～0.2A/cm2，阳极的电流密度为0.05～0.2A/cm2；脉冲电流的脉冲周期为6～10秒，通断比为0.8～1.2。进一步的，所述卤化物熔盐为KCl和LiCl的混合熔盐，该混合熔盐中钛离子的初始浓度为1～2wt％；电解温度为450～500℃；电解过程中，阴极的电流密度为0.05～0.15A/cm2，阳极的电流密度为0.01～0.08A/cm2；脉冲电流的脉冲周期为5～8秒，通断比为0.5～0.9。进一步的，所述卤化物熔盐为LiF和NaCl的混合熔盐，该混合熔盐中钛离子的初始浓度为1～4wt％；电解温度为750～800℃；电解过程中，阴极的电流密度为0.05～0.1A/cm2，阳极的电流密度为0.05～0.1A/cm2；脉冲电流的脉冲周期为4～6秒，通断比为0.5～0.8。进一步的，所述卤化物熔盐为LiF、NaF和KF的混合熔盐，该混合熔盐中钛离子以K2TiF6加入，其初始浓度为3～5wt％；电解温度为550～600℃；电解过程中，阴极的电流密度为0.05～0.1A/cm2，阳极的电流密度为0.01～0.08A/cm2；脉冲电流的脉冲周期为4～8秒，通断比为0.5～0.7。进一步的，所述卤化物熔盐为NaCl熔盐，该熔盐中钛离子的初始浓度为3～5wt％；电解温度为850～950℃；电解过程中，阴极的电流密度为0.1～0.4A/cm2，阳极的电流密度为0.05～0.15A/cm2；脉冲电流的脉冲周期为8～12秒，通断比为0.9～1.4。为了达到上述目的之二，本专利技术通过如下技术方案实现：一种熔盐脉冲电流电解制备钛的装置，所述装置用于实现上述所述的方法，包括冷却室4、电解槽11、导电杆1、脉冲电源21、加热炉22和真空泵23；所述冷却室4与所述电解槽11之间设有插板阀8，并通过所述插板阀8上端的第二法兰7和下端的第三法兰10实现连通连接；所述第三法兰10设有阳极接线柱19；所述冷却室4设置有进出料口5和第一气体进出口6；所述电解槽1设置有第二气体进出口9，内置有带密封盖16的反应器13；所述反应器13内置有带通孔的阳极筐14；所述反应器13和阳极筐14之间留有阳极料空间15；所述真空泵23分别通过第一气体进出6和第二气体进出口9对所述冷却室4和电解槽11抽真空和充入惰性气体；所述导电杆1的下端依次穿过所述冷却室4、插板阀8和密封盖16；所述导电杆1的底端连接有阴极17；所述阴极17位于所述反应器13内的熔盐18中；所述导电杆1与所述冷却室4的上端动态密封连接，与所述密封盖16绝缘连接；所述加热炉22向所述电解槽11提供热；所述脉冲电源21的正极和负极分别与所述阳极接线柱19和导电杆1连接。本专利技术有益效果如下：1、本专利技术的方法采用脉冲电流消除浓差极化，从而电解出致密的钛板，厚度可达8mm以上，进而消除钛粉末和枝晶的生成，大幅度降低电解产物比表面积和电解钛氧含量。2、本专利技术的装置具有操作简单和可连续生产特点。3、本专利技术可生产氧含量＜30ppm的超低氧高纯钛。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本专利技术的熔盐脉冲电流电解制备钛的装置结构示意图；图2为本专利技术的脉冲电源的连接关系示意图；图3为本专利技术的脉冲电流周期示意图；其中：1-导电杆、2-第一法兰、3-出水口、4-冷却室、5-进出料口、6-第一气体进出口、7-第二法兰、8-插板阀、9-第二气体进出口、10-第三法兰、11-电解槽、13-反应器、14-阳极筐、15-阳极料空间、16-密封盖、17-阴极17、18-熔盐、19-阳极接线柱、20-进水口、21-脉冲电源、22-加热炉、23-真空泵。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理。本实施例给出了一种脉冲电流电解制备钛的方法，参考图1，该方法包括：在惰性气体保护下，将脉冲电源的正极和负极分别与阳极海绵钛和熔盐连通，使得含钛离子的熔盐在脉冲电流下，电解生成的钛在阴极上进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种熔盐脉冲电流电解制备钛的方法，其特征在于，所述方法包括：在惰性气体保护下，将脉冲电源的正极和负极分别与阳极海绵钛和熔盐连通，使得含钛离子的熔盐在脉冲电流下，电解生成的钛在阴极上进行沉积，从而制得低氧高纯钛。

【技术特征摘要】
1.一种熔盐脉冲电流电解制备钛的方法，其特征在于，所述方法包括：在惰性气体保护下，将脉冲电源的正极和负极分别与阳极海绵钛和熔盐连通，使得含钛离子的熔盐在脉冲电流下，电解生成的钛在阴极上进行沉积，从而制得低氧高纯钛。2.根据权利要求1所述的脉冲电流电解制备钛的方法，其特征在于，所述熔盐中钛离子的初始浓度为1～6wt％；电解过程中，阴极的电流密度为0.05～1.0A/cm2，阳极的电流密度为0.01～0.5A/cm2；脉冲电流的脉冲周期为1～20秒，通断比为0.4～2.0；所述通断比为脉冲周期的电流导通时间和断开时间的比值。3.根据权利要求1或2所述的脉冲电流电解制备钛的方法，其特征在于，所述熔盐为卤化物熔盐。4.根据权利要求3所述的脉冲电流电解制备钛的方法，其特征在于，所述卤化物熔盐为NaCl、KCl、LiCl、NaF、KF和LiF的一种或几种。5.根据权利要求4所述的脉冲电流电解制备钛的方法，其特征在于，所述卤化物熔盐为NaCl和KCl的混合熔盐，该混合熔盐中钛离子的初始浓度为1～4wt％，电解温度为800～900℃；电解过程中，阴极的电流密度为0.1～0.2A/cm2，阳极的电流密度为0.05～0.2A/cm2；脉冲电流的脉冲周期为6～10秒，通断比为0.8～1.2。6.根据权利要求4所述的脉冲电流电解制备钛的方法，其特征在于，所述卤化物熔盐为KCl和LiCl的混合熔盐，该混合熔盐中钛离子的初始浓度为1～2wt％；电解温度为450～500℃；电解过程中，阴极的电流密度为0.05～0.15A/cm2，阳极的电流密度为0.01～0.08A/cm2；脉冲电流的脉冲周期为5～8秒，通断比为0.5～0.9。7.根据权利要求4所述的脉冲电流电解制备钛的方法，其特征在于，所述卤化物熔盐为LiF和NaCl的混合熔盐，该混合熔盐中钛离子的初始浓度为1～4wt％；电解温度为750～800℃；电解过程中，阴极的电流密度为0.05～0.1A/cm2，阳极的电流密度为0.05～0.1A/cm2；脉冲电流的脉冲周期为4～6秒，通断比为0.5～0.8。8.根据权利要求4所述的脉冲电流电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾文成，胡国静，刘美凤，王效富，
申请(专利权)人：宝纳资源控股集团有限公司，东营骐丰钛业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11