基于调配阳离子的亚稳态高温熔盐电解精炼高纯钛的方法技术

本发明专利技术公开了基于调配阳离子的亚稳态高温熔盐电解精炼高纯钛的方法，钛离子源为低价钛离子时，所述亚稳态高温熔盐设置为阳离子平均半径较小的电解质；钛离子源为高价钛离子时，所述亚稳态高温熔盐设置为阳离子平均半径较大的电解质；电解质的选择能够减少熔盐电解过程中钛离子歧化反应的影响，使钛离子在熔盐中稳定存在，进而提升电解效率，在亚稳态熔盐中电解精炼得到高纯钛，其纯度可以实现4N5～5N的要求，电解效率大于90％。

【技术实现步骤摘要】
基于调配阳离子的亚稳态高温熔盐电解精炼高纯钛的方法
本专利技术属于冶金
，具体涉及基于调配阳离子的亚稳态高温熔盐电解精炼高纯钛的方法。
技术介绍
高纯钛具有质量轻、耐腐蚀、电阻率低等优异性能，主要应用于大规模集成电路制造、高端新型钛合金等产业，是电工电子、航空航天所必需的战略性关键材料，对国家安全、国防建设起着至关重要的作用。高纯钛作为制造大规模集成电路的溅射靶材，要求其纯度达到4N5级(99.995％)～6N级(99.9999％)，其中含氧量在200ppm之下，金属杂质含量低于10ppm。而目前制备高纯钛的技术不成熟，在相当程度上致使高纯钛价格过高，直接导致其未得到大规模的应用。在高纯钛诸多制备技术中，作为工艺过程简单、易于实现连续化的熔盐电解工艺具有非常广阔的应用前景，备受关注。熔盐电解法是利用电化学原理提取高纯钛，通常是以粗钛、钛合金或钛化合物作阳极，在一定析出电位下使原料钛溶入电解液中，并在阴极析出高纯钛。电解过程中溶出电位比钛高的杂质留在阳极上或沉淀在电解液中，溶出电位比钛低的杂质也同钛一起溶入电解液中。例如，专利文献CN102517611A、CN104947152A公开了有关熔盐电解法提炼高纯钛的技术方案，专利文献CN102230193A、CN103014775A、CN104928719A、CN105568320A、CN201605337U、CN204982083U、CN204874773U与CN205653517U公开了有关熔盐电解精炼高纯钛的设备。但是，现有技术中采用熔盐电解精炼高纯钛的技术方案一般以碱金属氯化物为电解质熔盐，电解质熔盐中添加的或阳极电化学溶解的钛离子以Ti2+或Ti3+形式存在于熔盐中，熔盐中原有的Ti2+及由Ti3+还原的Ti2+在熔盐中发生歧化反应这造成了大量电耗损失，电解效率偏低；而且，电解成分的改变带来的产品形貌的变化会影响到高纯钛的品质。
技术实现思路
为了至少解决以上提到现有技术存在的技术问题之一，本专利技术公开了基于调配阳离子的亚稳态高温熔盐电解精炼高纯钛的方法，钛离子源为低价钛离子时，亚稳态高温熔盐设置为阳离子平均半径较小的电解质；钛离子源为高价钛离子时，亚稳态高温熔盐设置为阳离子平均半径较大的电解质。本专利技术一些实施例公开的基于调配阳离子的亚稳态高温熔盐电解精炼高纯钛的方法，阳离子平均半径较小的电解质的极化力大于1.0。本专利技术一些实施例公开的基于调配阳离子的亚稳态高温熔盐电解精炼高纯钛的方法，阳离子平均半径小的电解质包括：LiCl、MgCl2、CaCl2、LiCl-NaCl、LiCl-KCl、LiCl-RbCl、MgCl2-LiCl、MgCl2-NaCl、MgCl2-KCl、MgCl2-RbCl、CaCl2-LiCl、CaCl2-NaCl、NaCl-KCl、MgCl2-CsCl、CaCl2-KCl、CaCl2-RbCl。进一步，作为较为优选实施例，本专利技术公开的基于调配阳离子的亚稳态高温熔盐电解精炼高纯钛的方法，阳离子平均半径小的电解质包括共晶盐电解质LiCl-NaCl、LiCl-KCl、LiCl-RbCl、MgCl2-LiCl、MgCl2-NaCl、MgCl2-KCl、MgCl2-RbCl、CaCl2-LiCl、CaCl2-NaCl、NaCl-KCl、MgCl2-CsCl、CaCl2-KCl、CaCl2-RbCl。本专利技术一些实施例公开的基于调配阳离子的亚稳态高温熔盐电解精炼高纯钛的方法，阳离子平均半径较大的电解质的极化力小于1.0。本专利技术一些实施例公开的基于调配阳离子的亚稳态高温熔盐电解精炼高纯钛的方法，阳离子平均半径较大的电解质包括：NaCl、KCl、RbCl、CsCl、NaCl-RbCl、NaCl-CsCl、KCl-CsCl、CaCl2-CsCl、LiCl-CsCl。进一步，作为较为优选实施例，本专利技术公开的基于调配阳离子的亚稳态高温熔盐电解精炼高纯钛的方法，阳离子平均半径较大的电解质包括共晶盐电解质NaCl-RbCl、NaCl-CsCl、KCl-CsCl、CaCl2-CsCl、LiCl-CsCl。本专利技术一些实施例公开的基于调配阳离子的亚稳态高温熔盐电解精炼高纯钛的方法，在电解精炼高纯钛之前，包括预熔精制处理电解质的过程。进一步，本专利技术一些实施例公开的基于调配阳离子的亚稳态高温熔盐电解精炼高纯钛的方法，预熔精制处理电解质的过程具体包括：(i)、预熔主体电解质；(ii)、加入与主体电解质形成共晶盐的其他电解质，调节共晶盐电解质的极化力；(iii)、在共晶点之上50℃的温度下，使主体电解质与其他电解质充分混合、形成共晶盐电解质；(iv)、对共晶盐电解质在真空下加热，其中，加热温度设置在100～300℃之间，真空度设置在10-2～10-5Pa之间，保持时间设置在6～12小时之间；(v)、在氩气氛中将共晶盐电解质分别加热至熔点、共晶点之上50℃的温度，进行二次重熔，保持24小时；(vi)、使用氯化氢气体对共晶盐电解质进行脱氧处理，脱氧处理时间设置在1～3小时之间。本专利技术一些实施例公开的基于调配阳离子的亚稳态高温熔盐电解精炼高纯钛的方法，钛离子源在亚稳态高温熔盐中的重量含量设置在2.0％～15.0％之间。本专利技术公开的方法通过改变电解质成分，使得该熔盐中的钛离子能够稳定存在，减少熔盐电解过程中钛离子歧化反应的影响，提升电解效率，在亚稳态熔盐中电解精炼得到高纯钛，其纯度可以实现4N5～5N要求，电解效率大于90％。附图说明图1单质电解质的熔点温度、极化力关系曲线图图2共晶盐电解质的共晶点温度、极化力关系曲线图图3亚稳态高温熔盐电解精炼高纯钛过程示意图图4本专利技术公开实施例1所得样品图具体实施方式在这里专用的词“实施例”，作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。本法实施例中性能指标测试，除非特别说明，采用本领域常规试验方法。应理解，本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术公开的内容。除非另有说明，否则本文使用的技术和科学术语具有本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义；作为本专利技术中的其它未特别注明的原材料、试剂、试验方法和技术手段均指本领域内普通技术人员通常使用的原材料和试剂，以及通常采用的实验方法和技术手段；本专利技术公开述及的亚稳态熔盐电解质或者电解质熔盐，通常包括单质电解质、共晶盐电解质，其中单质电解质通常是指某一种电解质化合物，如LiCl；共晶盐电解质通常是指两种单质电解质形成共晶盐而得到的电解质，该共晶盐的熔点称为共晶点，例如LiCl与NaCl混溶得到的共晶盐电解质，表示为LiCl-NaCl；具有共晶点的共晶盐中，组成成分的比例是恒定的，例如LiCl和KCl形成的共晶盐电解质LiCl-KCl，其中二者的摩尔比为0.59:0.41；本专利技术公开述及的主体电解质，通常是指共晶盐中的主要成分，主要成分的摩尔含量大于50％，其他电解质，则是指共晶盐中除了主体电解质的其他组成成分；本专利技术公开中，以锂离子Li+半径和铯离子Cs+半径的平均值为基准，如果阳离子平均半径大于该基准值，则称为离子平均半径较大的电解质，如果阳离子平均半径小于该基准值，则称为离子平均半径较小的电解质；阳离子平均半径是指共晶盐电解质中阳离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于调配阳离子的亚稳态高温熔盐电解精炼高纯钛的方法，其特征在于，钛离子源为低价钛离子时，所述亚稳态高温熔盐设置为阳离子平均半径较小的电解质；钛离子源为高价钛离子时，所述亚稳态高温熔盐设置为阳离子平均半径较大的电解质。

【技术特征摘要】
1.基于调配阳离子的亚稳态高温熔盐电解精炼高纯钛的方法，其特征在于，钛离子源为低价钛离子时，所述亚稳态高温熔盐设置为阳离子平均半径较小的电解质；钛离子源为高价钛离子时，所述亚稳态高温熔盐设置为阳离子平均半径较大的电解质。2.根据权利要求1所述的基于调配阳离子的亚稳态高温熔盐电解精炼高纯钛的方法，其特征在于，所述阳离子平均半径较小的电解质的极化力大于1.0。3.根据权利要求1所述的基于调配阳离子的亚稳态高温熔盐电解精炼高纯钛的方法，其特征在于所述阳离子平均半径小的电解质包括：LiCl、MgCl2、CaCl2、LiCl-NaCl、LiCl-KCl、LiCl-RbCl、MgCl2-LiCl、MgCl2-NaCl、MgCl2-KCl、MgCl2-RbCl、CaCl2-LiCl、CaCl2-NaCl、NaCl-KCl、MgCl2-CsCl、CaCl2-KCl、CaCl2-RbCl。4.根据权利要求1所述的基于调配阳离子的亚稳态高温熔盐电解精炼高纯钛的方法，其特征在于，所述阳离子平均半径较小的电解质包括共晶盐电解质：LiCl-NaCl、LiCl-KCl、LiCl-RbCl、MgCl2-LiCl、MgCl2-NaCl、MgCl2-KCl、MgCl2-RbCl、CaCl2-LiCl、CaCl2-NaCl、NaCl-KCl、MgCl2-CsCl、CaCl2-KCl、CaCl2-RbCl。5.根据权利要求1所述的基于调配阳离子的亚稳态高温熔盐电解精炼高纯钛的方法，其特征在于，所述阳离子平均半径较大的电解质的极化力小于1.0。6.根据权利要求1所述的基于调配阳离子的亚稳态高温熔盐电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋建勋，舒永春，何季麟，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41