[发明专利]一种含有低价氯化钛的电解质及金属钛的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含有低价氯化钛的电解质及金属钛的制备方法。

背景技术

钛是一种性能非常优越的金属，具有比重轻、比强度高、耐腐蚀性能好等一系列优点，被誉为“继铁、铝之后处于发展中第三金属”和“战略金属”，也是“很有希望的金属材料”，在航空、航天、舰船、军工、冶金、化工、机械、电力、海水淡化、交通运输、轻工、环境保护、医疗器械等领域，有着广泛的应用，并创造了巨大的经济效益和社会效益，在国民经济发展中有其重要的地位和作用。

目前国内外生产海绵钛的主要方法是镁热法（Kroll法），但该方法工艺复杂、能耗高、生产周期长和不易连续化生产等缺点使钛的价格居高不下。由于Kroll法中以TiCl₄作为原料，因此研究者们都不约而同的想到直接电解TiCl₄得到金属钛的方法，这样可以避免Kroll法工艺中镁电解高能耗的弊病。但是据研究，钛氯化物中最普通的TiCl₄在熔盐电解的温度下有非常高的蒸汽压，在熔盐中的溶解度很小（＜1%），且TiCl₄以分子形式存在熔盐中不能形成导电离子，因此以它作为直接电解原料是不可行的。对钛的氯化物电解研究最多的是以低价TiCl₃为原料的电解法。最早发表这方面研究结果的是澳大利亚的Cordner和Warner，他们用溶解有TiCl₃的LiCl-KCl混合熔盐在550℃的温度下电解，得到了纯度为99%的钛结晶。妨碍这一方法工业化的主要是两个方面的问题：一是没有一种实用的TiCl₃制备方法；另一个问题是没有向电解槽中供入TiCl₃的适当方法。另外，由于TiCl₃易吸收空气中的水分而分解，容易造成产品的污损。电解TiCl₂制备金属钛的研究结果，也有人发表过，但是仍然由于没有一种实用的TiCl₂制备方法以及TiCl₂不易加入电解槽和贮存困难的问题而无法实现工业化。

CN101760765A中公开了一种制取含低价氯化钛熔盐的装置，该方法采用TiCl₄和钛粉在热态下进行反应制备低价氯化钛。但该方法由于反应过程中钛粉反应不完全，使实际参与反应的钛粉量远远低于理论值，导致低价低价氯化钛的收率低。同时，由于反应后钛粉过剩，使得反应效率低、制备得到的低价氯化钛中钛的价态不易控制，而且随着反应的进行，钛粉变小，在熔盐的涌动下很容易进入熔盐体系中，污染电解质，进而对电解体系的平衡造成影响。

CN101649472A中公开了一种制备金属钛的方法，该方法包括先将氯化镁在熔盐中电解，在阴极生成镁，然后向该阴极附近加入液态的四氯化钛和/或通入四氯化钛的蒸气，将四氯化钛还原为三氯化钛和/或二氯化钛，并在该熔盐中将生成的三氯化钛和/或二氯化钛电解为钛。但采用该方法，阳极产生的氯气和阴极产生的金属镁会不可避免的发生副反应使金属镁的收率大大降低。同时，生产过程产生的高温氯气对设备的材质和尾气的处理有很高的要求，使得设备成本增高，若处理不当还存在污染环境等问题。而且因为产生的金属镁的量不确定，使得通入的TiCl₄的量也不确定，造成制备出的低价氯化钛的浓度和价态与理论值相差较大，导致低价氯化钛的收率低，若产生的金属镁反应不完全，还将会影响后续的电解工艺。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中制备低价氯化钛收率低、反应效率低、制备出的低价氯化钛中钛的价态不易控制且污染较大的缺点，提供一种低价氯化钛的收率高、反应效率高、制备得到的低价氯化钛中钛的价态易控制且污染低的含有低价氯化钛的电解质的制备方法及金属钛的制备方法。

本发明的发明人意外的发现，先将镁粉和四氯化钛进行混合打浆得到镁粉和四氯化钛的混合物，然后再将该混合物通入到熔盐中进行低价氯化钛的制备，可完全克服采用现有技术制备低价氯化钛的过程中存在的上述问题，并且所制备出的低价氯化钛的浓度和价态较精确、收率高。同时，由于制备低价氯化钛的过程中采用镁粉与四氯化钛反应，可以精确的控制参加反应的镁粉和四氯化钛的量，因此，该反应的反应效率高，且无副产物产生，因此不会对电解工序产生影响。另外，该发明工艺操作简单、对装置设备要求低，制备方便，根据电解工序需要随时可制备出所需的电解质成分。