[发明专利]一种熔盐电解二氧化钛制备钛锌合金的方法

说明书

本发明公开一种熔盐电解二氧化钛制备钛锌合金的方法，将锌粒置于小坩埚底部，二氧化钛粉末平铺于锌粒上面，钼棒插入小坩埚底部组装成复合阴极；将小坩埚置于大坩埚内，无水氯化钙覆盖小坩埚及大坩埚内部，进行预融，预融完成后将石墨棒和碳棒或钼棒插入到大坩埚内的无水氯化钙中，在惰性气体保护下，石墨棒为阳极，碳棒或钼棒为阴极进行预电解以去除熔盐中残余的水分和少量金属杂质；以复合电极为阴极，石墨棒为阳极，进行电解，结束后缓慢冷却至室温，阴极产物经去离子水冲洗得到块状钛锌合金；本发明能够在较低的温度下、短时间内通过电化学还原制备钛锌合金，整体流程对环境友好，操作简单，适合推广到规模化工业生产中。

技术领域

本发明涉及一种熔盐电解二氧化钛制备钛锌合金的方法，属于有色冶金技术领域。

背景技术

钛锌合金是一种建筑材料，主要用于做钛锌板，现有技术中钛锌板是以符合欧洲质量标准EN1179的高纯度金属锌(99.995%)与少量的钛和铜熔炼而成，钛的含量是0.06%-0.20%，可以改善合金的抗蠕变性，铜的含量是0.08%-1.00%，用以增加合金的硬度。

2000年时，Chen等以TiO₂粉末压制成固体阴极，CaCl₂为熔盐，石墨棒为阳极，通氩气保护下，在800-1000℃，外加电压为2.8-3.2V（高于二氧化钛分解电压，低于熔盐分解电压）的条件下进行电解，得到金属钛，人们称这种方法为FFC剑桥法。此方法能够直接从固态金属氧化物中还原金属，与传统熔盐电解相比，无需金属氧化物在熔盐中有一定的溶解度且电解温度可低于金属熔点，该法的提出，使得熔盐电解的发展迈入了新的时代并有望取代克劳尔法实现绿色、连续、低能耗的海绵钛的工业化生产。

剑桥法主要包括压片，烧结，电解三大步骤。首先将金属氧化物粉末与粘结剂（部分添加造孔剂）按照一定比例混合，选择适当压力在静压模压片机中压制成型；一定气氛条件下，在马弗炉中保温加热一段时间去除粘结剂，得到具有足够强度和一定孔隙率的阴极片体；最后以钼丝或镍铬丝将阴极片体缠绕在集流体钼棒上，惰性气体保护下进行电解，电解结束后收集阴极产物即可得到纯金属或合金。经过多年发展，剑桥法在金属及其合金的制备过程中依然存在电解之前流程较多，电解时间长、电流效率低等问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供一种熔盐电解二氧化钛制备钛锌合金的方法，能够在较低的温度条件下，短时间内通过熔盐电解还原制备钛锌合金，整个过程对环境友好，流程简单，适合推广到规模化工业生产中。

一种熔盐电解二氧化钛制备钛锌合金的方法，具体步骤如下：

（1）将锌粒置于小坩埚底部，二氧化钛粉末平铺于锌粒上面，集流体钼棒插入小坩埚底部组装成复合阴极；

（2）将步骤（1）的小坩埚置于大坩埚内部，以无水氯化钙完全覆盖小坩埚及大坩埚内部，将大坩埚置于密闭的真空干燥炉内，在真空或惰性气体保护下进行预融，预融完成后，将石墨棒和碳棒或钼棒插入到大坩埚内的无水氯化钙中，在惰性气体保护下，以石墨棒为阳极，碳棒或钼棒为阴极进行预电解，至电流值降至100mA以下，即视为预电解结束；

（3）步骤（2）的预电解结束后，在惰性气体保护下，以复合电极为阴极，石墨棒为阳极，进行电解，电解温度为850~900℃，电解电压为1.3~3.0V，电解时间为1~3h，电解结束后，缓慢冷却至室温，阴极产物经去离子水冲洗即为块状钛锌合金。

步骤（1）二氧化钛粉末与锌粒的质量比为5~15：100。

步骤（1）二氧化钛粉末的纯度不低于99%，二氧化钛粉末的粒径为0.2~5μm；锌粒纯度不低于99%。

步骤（1）中的小坩埚和步骤（2）中的大坩埚均为刚玉坩埚。

步骤（2）预融是以5~10℃/min的升温速率加热升温至200~300℃保温3~12h，然后同样的升温速率升温至800~900℃保温1~6h。