一种含钛高炉渣连续化电解制备高纯钛的方法技术

一种含钛高炉渣连续化电解制备高纯钛的方法，属于电化学冶金领域。将熔融金属液置于底部连通的双电解槽中，熔融含钛高炉渣倒入熔渣电解槽中，含钛离子的熔融卤化物置于精炼电解槽中；将碳阳极浸入熔渣中；以液态金属为阴极并打开双槽阀门施加直流电电解；直到熔渣中二氧化钛浓度低至0.1‑1wt％，停止熔渣电解槽的电解；将精炼槽中阴极浸入熔盐中开始钛精炼；待金属液中钛浓度低至0.1‑2wt％，停止精炼槽电解；随后关闭双槽阀门，从熔渣出口排出残余渣，从熔渣入口倒入新的含钛高炉渣；关闭双槽阀门，开始新的熔渣槽电解和精炼槽电解；依次循环，至金属液中硅浓度高于50wt％时，更换新的金属液。该方法可有效回收含钛高炉渣中有价钛元素，并将其转换为有较高附加值的高纯钛金属。

【技术实现步骤摘要】
一种含钛高炉渣连续化电解制备高纯钛的方法
本专利技术涉及一种含钛高炉渣连续化电解制备高纯钛的方法，属于电化学冶金领域，具体可实现含钛高炉渣中钛元素的提取，并将其转换为具有较高附加值的高纯钛。
技术介绍
我国钛矿资源丰富，然而以二氧化钛形式存在的锐钛矿或金红石却少之又少，绝大多数的钛资源以钒钛磁铁矿的形式存在，其主要分布在我国四川攀枝花、西昌地区以及河北承德等地区。钒钛磁铁矿是一种以Fe、V、Ti为主并含少量Cr、Ni、Co、Ga、Sc和Pt的复合伴生矿产资源。上世纪六、七十年代，国家在急需钢材的情况下针对攀枝花钒钛磁铁矿开发了一条以“炼铁、提钒”为主的冶炼流程。该流程自提出以后，一直沿用至今。该流程可以提取钒钛磁铁矿中绝大多数的Fe和V，然后其中高达50％的钛资源进入到了最终的高炉渣中，形成典型的含钛型高炉渣。含钛高炉渣中以二氧化钛计的钛资源达到了20％以上。然而，因为钛金属与碳、氧、氮、氢等具有很强的结合性，因此从含钛高炉渣中提炼钛元素十分困难。目前，仍然没有一个有效的可以大规模处理含钛高炉渣中钛元素的方法，因此其主要采用堆积的方式处理。如何提取含钛高炉渣中的钛元素已经成为了一个重要难题。以往的研究经验表明，采用液态金属为阴极，通过熔渣电解的方式可以有效提取其中的钛元素(HJiao,DTian,SWang,JZhu,SJiao,DirectPreparationofTitaniumAlloysfromTi-BearingBlastFurnaceSlag,JournaloftheElectrochemicalSociety,2017,164(7),D511-D516.)。然而所得钛合金应用范围有限，如果将电解所得钛合金通过精炼得到高纯钛金属，则能极大的提高其应用价值。因此，本专利技术拟提出一种含钛高炉渣连续化电解制备高纯钛的方法。拟提出的专利技术包含两个电解槽，一个电解槽是用于含钛高炉渣电解制备钛合金，而另一个电解槽则用于钛合金电解制备高纯钛金属，两个电解槽通过双槽阀门连接。
技术实现思路
本专利技术提供一种含钛高炉渣连续化电解制备高纯钛的方法。相对于传统含钛高炉渣中钛元素的提取方法，该方法可以有效提取其中钛元素，并实现高附加值的高纯钛的连续化制备。为实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种含钛高炉渣连续化电解制备高纯钛的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：打开熔渣电解槽和精炼电解槽的双槽阀门，将熔融金属液置于双电解槽的底部；步骤二：将熔融含钛高炉渣通过熔渣入口倒入熔渣电解槽中，同时将含钛离子的卤化物熔盐倒入精炼电解槽中，通过控制添加的熔渣和熔盐的质量，使得双槽中金属液的液面相同；步骤三：将石墨阳极浸入熔融含钛高炉渣中，并以金属液为阳极，采用直流电解工艺进行电解，直至熔渣中二氧化钛浓度低于0.1-1wt％之后，停止电解；步骤四：将精炼槽中金属阴极浸入熔盐中，采用直流电解工艺，以液态金属为阳极进行电解，直至铜液中的钛浓度低于0.1-2wt％之后，停止电解；步骤五：关闭双槽阀门，从熔渣出口排出残渣，从熔渣入口加入新的熔渣，开始新一轮的熔渣电解与精炼电解；步骤六：依次电解至金属液中的硅浓度达到50wt％时，更换新的金属液进行电解。进一步地，步骤一中，双槽阀门是连接熔渣电解槽和高纯钛精炼槽底部的阀门，可以是高温金属(如：钼、钽、铌)，也可以是石墨或耐高温氧化物制备而成，主要防止铜液向一侧槽中流动；而所选金属液为铜液、锰液、铝液、锡液、铋液、铅液、锑液、锗液、锌液等。进一步地，步骤二中，熔渣是指高炉冶炼所得含钛高炉渣，或经过人为添加氧化物或氟化物配制而成的含钛渣；而含钛熔盐则指含TiClx、K2TiF6或Na2TiF6的熔融卤化物(NaCl、KCl、LiCl、CsCl、CaCl2、BaCl2、MgCl2、AlCl3、NaF、KF、LiF、CsF、CaF2、BaF2、MgF2、AlF3、NaI、KI、LiI、CsI、CaI2、BaI2、MgI2、AlI3、NaBr、KBr、LiBr、CsBr、CaBr2、BaBr2、MgBr2、AlBr3等中的一种或多种混合卤化物)。进一步地，步骤三中，熔渣电解的温度维持在1300-1700℃之间，阴、阳极电流密度维持在0.01-10A/cm2之间，整个电解过程在氩气等惰性气氛保护下。进一步地，步骤四中，精炼电解的温度维持在400-1400℃之间，阴、阳极电流密度维持在0.01-10A/cm2之间，所用阴极金属为镍、钛、铁、铬、钒、锆、铪等，整个电解过程在氩气等惰性气氛保护下。上述含钛高炉渣连续化电解制备高纯钛的方法步骤五中，残渣是指二氧化钛含量低于0.1-1wt％的熔融渣。进一步地，步骤六中，金属液的排放从金属液出口排出，待排放完之后倒入新的金属液。相对于现有技术，本专利技术的有益效果如下：1)、以含钛高炉渣为原料提炼高纯钛金属，流程简单，高效节能；2)、从含钛高炉渣的角度，为含钛高炉渣开辟了高附加的利用方式；3)、从高纯钛金属的角度，其原料成本低廉。附图说明图1为实施例1的双电解槽示意图；其中：1、电极导电杆；2、石墨阳极；3、熔渣入口；4、熔融渣；5、熔渣出口；6、熔融金属；7、熔渣电解槽；8、精炼电解槽；9、电极导电杆；10、金属阴极板；11、熔融电解质；12、熔融金属出口；13、双槽阀门。具体实施方式本专利技术下面将通过具体实施例进行更详细的描述，但本专利技术的保护范围并不受限于这些实施例。实施例1以液态铜为电解提取含钛高炉渣的液态金属，以高炉冶炼所得含钛高炉渣为熔渣电解槽所用电解质，以TiCl2含量为5-10wt％的NaCl-KCl共晶盐为精炼槽所用电解质。熔渣电解槽的温度控制在1300-1400℃之间，以石墨为阳极，待熔渣中二氧化钛含量低于0.5wt％时，停止熔渣槽电解。随后，开始精炼槽电解，精炼温度控制在800℃，至铜液中钛元素含量低于1wt％时，停止精炼槽电解。继而关闭双槽阀门，排出熔渣槽中残渣，并加入新的含钛渣继续新一轮电解。电解槽示意图如图1所示。实施例2以液态锡为电解提取含钛高炉渣中的液态金属，以高炉冶炼所得含钛高炉渣并添加20wt％的CaF2为熔渣电解槽所用电解质，以TiCl2含量为5-10wt％的LiCl-NaCl-KCl共晶盐为精炼槽所用电解质。熔渣电解槽的温度控制在1000-1200℃之间，以石墨为阳极，待熔渣中二氧化钛含量低于0.2wt％时，停止熔渣槽电解。随后，开始精炼槽电解，精炼温度控制在600℃，至锡液中钛元素含量低于1wt％时，停止精炼槽电解。继而关闭双槽阀门，排出熔渣槽中残渣，并加入新的含钛渣继续新一轮电解。实施例3以液态铋为电解提取含钛高炉渣中的液态金属，以高炉冶炼所得含钛高炉渣并添加30wt％的BaF2为熔渣电解槽所用电解质，以K2TiF6含量为5-10wt％的NaF-KF共晶盐为精炼槽所用电解质。熔渣电解槽的温度控制在1000-1200℃之间，以石墨为阳极，待熔渣中二氧化钛含量低于0.2wt％时，停止熔渣槽电解。随后，开始精炼槽电解，精炼温度控制在900-1000℃，至铋液中钛元素含量低于1wt％时，停止精炼槽电解。继而关闭双槽阀门，排出熔渣槽中残渣，并加入新的含钛渣继续新一轮电解。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含钛高炉渣连续化电解制备高纯钛的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：打开熔渣电解槽和精炼电解槽的双槽阀门，将熔融金属液置于双电解槽的底部；步骤二：将熔融含钛高炉渣通过熔渣入口倒入熔渣电解槽中，同时将含钛离子的卤化物熔盐倒入精炼电解槽中，通过控制熔渣和熔盐的质量，使得双槽中金属液的液面相同；步骤三：将石墨阳极浸入熔融含钛高炉渣中，并以金属液为阴极，采用直流电解工艺进行电解，直至熔渣中二氧化钛浓度低于0.1‑1wt％之后，停止电解；步骤四：将精炼槽中金属阴极浸入熔盐中，采用直流电解工艺，以液态金属为阳极进行电解，直至铜液中的钛浓度低于0.1‑2wt％之后，停止电解；步骤五：关闭双槽阀门，从熔渣出口排出残渣，从熔渣入口加入新的熔渣，开始新一轮的熔渣电解与精炼电解；步骤六：依次电解至金属液中的硅浓度达到50wt％时，更换新的金属液进行电解。

【技术特征摘要】
1.一种含钛高炉渣连续化电解制备高纯钛的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：打开熔渣电解槽和精炼电解槽的双槽阀门，将熔融金属液置于双电解槽的底部；步骤二：将熔融含钛高炉渣通过熔渣入口倒入熔渣电解槽中，同时将含钛离子的卤化物熔盐倒入精炼电解槽中，通过控制熔渣和熔盐的质量，使得双槽中金属液的液面相同；步骤三：将石墨阳极浸入熔融含钛高炉渣中，并以金属液为阴极，采用直流电解工艺进行电解，直至熔渣中二氧化钛浓度低于0.1-1wt％之后，停止电解；步骤四：将精炼槽中金属阴极浸入熔盐中，采用直流电解工艺，以液态金属为阳极进行电解，直至铜液中的钛浓度低于0.1-2wt％之后，停止电解；步骤五：关闭双槽阀门，从熔渣出口排出残渣，从熔渣入口加入新的熔渣，开始新一轮的熔渣电解与精炼电解；步骤六：依次电解至金属液中的硅浓度达到50wt％时，更换新的金属液进行电解。2.如权利要求1所述一种含钛高炉渣连续化电解制备高纯钛的方法，其特征在于所述步骤一中双槽阀门是连接熔渣电解槽和高纯钛精炼槽底部的阀门，阀门由是钼、钽、铌高温金属制成，或由石墨或耐高温氧化物制备而成，用以防止铜液向一侧槽中流动；而所选金属液为铜液、锰液、铝液、锡液、铋液、铅液、锑液、锗液、锌液。3.如权利要求1所述一种含钛高炉渣连续化电解制备高纯钛的方法，其特征在于所述步骤二中熔渣是指高炉冶炼所得含钛高炉渣，或经过人为添加氧化物或...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦树强，焦汉东，田栋华，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11