[发明专利]一种低化合价钛离子熔盐电解质的制备方法及装置

说明书

本发明公开了一种低化合价钛离子熔盐电解质的制备方法及装置，该制备方法包括如下步骤：步骤一、在惰性气氛保护下，对卤化盐和置于该卤化盐表面上的海绵钛进行加热熔化后得到熔化盐；步骤二、在真空度为0.015～0.025MPa的真空下，加入TiCl₄，在惰性气体搅拌下反应30～60分钟后得到熔盐电解质；步骤三、取样分析熔盐电解中的钛离子浓度，当钛离子浓度等于钛离子浓度阈值，得到低化合价钛离子熔盐电解质；当钛离子浓度小于钛离子浓度阈值时，则补充加入TiCl₄，直至钛离子浓度等于钛离子浓度阈值；当熔盐电解质中的钛离子浓度高于钛离子浓度阈值，则补充加入卤化盐，直至钛离子浓度等于钛离子浓度阈值。本发明用于生产低化合价钛离子熔盐电解质。

技术领域

本发明涉及电解质处理技术领域，尤其涉及一种低化合价钛离子熔盐电解质的制备方法及装置。

背景技术

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、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、生物材料等高科技领域的快速发展，它们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NaCl、KCl、MgCl₂、LiCl、CaCl₂、NaF、LiF、KF、Na₂TiF₆、K₂TiF₆等卤化物熔盐体系作电解质，初始电解质中需含有适量钛离子，以避免电解时碱金属析出，同时避免因钛离子浓差极化造成电解产物粉化。熔盐电解质中钛离子以Ti²⁺、Ti³⁺、Ti⁴⁺形式存在。较高的钛离子平均化合价会导致电流效率降低，同时还会显著降低电解钛晶体粒度。电解钛颗粒越小，表面积越大，具有较高表面活性，极易在后续酸浸处理过程中被氧化，造成电解钛氧含量升高。因此，降低钛离子平均化合价，有利于获得致密、大颗粒钛晶体和较高的电流效率。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明的目的之一在于：提供一种低化合价钛离子熔盐的制备方法，该方法生产的钛离子熔盐电解质的钛离子平均价态＜2.2，该钛离子熔盐电解质用于电解生产纯度为99.99～99.9999％大颗粒、致密的高纯钛。

本发明的目的之二在于：提供一种低化合价钛离子熔盐的制备装置，该装置可用于制备钛离子平均价态＜2.2的钛离子熔盐电解质。

为了达到上述目的之一，本发明采用如下技术方案实现：

一种低化合价钛离子熔盐电解质的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

步骤一、在惰性气氛保护条件下，对卤化盐和置于该卤化盐表面上的海绵钛进行加热熔化后得到熔化盐；