一种调节熔融电解质中Ti制造技术

本发明专利技术公开了一种调节熔融电解质中Ti

A kind of regulation of Ti in molten electrolyte

The invention discloses a kind of regulation of Ti in molten electrolyte

【技术实现步骤摘要】
一种调节熔融电解质中Ti2+和Ti3+比例的方法
本专利技术属于稀有金属提炼
，具体涉及一种调节熔融电解质中Ti2+和Ti3+比例的方法。
技术介绍
熔盐电解精炼钛，一般采用粗钛或含钛物料作为阳极，金属材料为阴极，电解质为碱金属或碱土金属卤化物并向其中加入一定量低价离子，组成电解池进行电解，粗钛在阳极溶出并以离子形式进入熔盐，在电场力及浓度梯度作用下迁移至阴极析出形成阴极析出物，冷却后的阴极析出物为块状固体。其中，电解质中的低价钛离子通常采用以下方法制备，以氯化物熔盐为例，其中的低价钛离子为氯化钛，该氯化钛采用TiCl4与海绵钛在熔盐中反应制得，主要包括以下几个反应：Ti+3TiCl4＝4TiCl3Ti+TiCl4＝2TiCl2TiCl2+TiCl4＝2TiCl3Ti+2TiCl3＝3TiCl2制备时，由于以上几个反应同时发生，并且每个反应进行的速率以及程度无法精确控制，导致制备完成的电解质中Ti2+与Ti3+比例无法准确控制，Ti2+和Ti3+比例若不能准确控制会影响电解效率的稳定以及产品在阴极的沉积状态不可控；基于电解过程的需要，熔盐电解质中的钛离子比例需要进行控制，但目前缺乏有效的调控手段。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够有效调节熔融电解质中Ti2+和Ti3+比例的方法，从而解决熔盐电解精炼钛的电解质中Ti2+和Ti3+比例无法准确控制的问题。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是提供了一种调节熔融电解质中Ti2+和Ti3+比例的方法，该方法包括以下步骤：A、向初始熔融电解质中加入金属离子，装入惰性阳极及金属材料阴极，连接直流电源组成电解池；B、开启直流电源进行电解，控制阳极电流密度、阴极电流密度和电解电量，调节熔融电解质中Ti2+和Ti3+比例。其中，上述所述的调节熔融电解质中Ti2+和Ti3+比例的方法中，步骤A中，所述初始熔融电解质中Ti2+的原始浓度为0<Ti2+≦10wt％，Ti3+的原始浓度为0～10wt％。其中，上述所述的调节熔融电解质中Ti2+和Ti3+比例的方法中，步骤A中，所述金属离子以卤化物的形式加入，且其卤化物的阴离子与初始熔融电解质中的阴离子相同；所述金属离子为镍离子或电位比镍离子电位更正的金属阳离子。其中，上述所述的调节熔融电解质中Ti2+和Ti3+比例的方法中，步骤A中，所述金属离子为Ni2+、Cu2+或Ag+。其中，上述所述的调节熔融电解质中Ti2+和Ti3+比例的方法中，步骤A中，所述惰性阳极为石墨阳极，所述金属材料阴极为不锈钢或碳钢阴极。其中，上述所述的调节熔融电解质中Ti2+和Ti3+比例的方法中，步骤B中，所述阳极电流密度为不高于0.6A/cm2。其中，上述所述的调节熔融电解质中Ti2+和Ti3+比例的方法中，步骤B中，所述阴极电流密度为0.1～0.8A/cm2。其中，上述所述的调节熔融电解质中Ti2+和Ti3+比例的方法中，所述电解电量由以下公式进行计算得到：其中，q为电解电量，单位为Ah；mTi2+为初始熔融电解质中需要转化为Ti3+的Ti2+量，单位为g；QTi2+为Ti2+转化为Ti3+的电化当量，单位为g/Ah。其中，上述所述的调节熔融电解质中Ti2+和Ti3+比例的方法中，所述金属离子的用量由以下公式计算得到：其中，mMn+为金属离子的用量，单位为g；q为电解电量，单位为Ah；QMn+为金属离子还原为金属单质的电化当量，单位为g/Ah。本专利技术的有益效果是：本专利技术创造性的提供了一种准确、高效调节熔融电解质实现Ti2+和Ti3+比例的方法；由于向熔融电解质中加入了镍离子或电位比镍离子电位更正的金属离子，由于加入的镍离子或金属离子的电位远正于钛离子，在通过电解调节Ti2+和Ti3+比例的过程中阴极只发生镍离子或金属离子的还原沉积，不对钛离子造成消耗，因此过程中能保持熔融电解质中钛离子的总含量保持不变，即不会造成熔融电解质钛浓度的变化；另外，电极上发生的发应单一，因此可通过电解电量实现电极反应量的控制，既实现所消耗的Ti2+量可控，也实现阴极沉积金属量的可控，由此实现Ti2+和Ti3+比例的精确调节，并且不会残余其它金属离子，不会对电解质引入新的杂质。具体实施方式具体的，一种调节熔融电解质中Ti2+和Ti3+比例的方法，该方法包括以下步骤：A、向初始熔融电解质中加入金属离子，装入惰性阳极及金属材料阴极，连接直流电源组成电解池；B、开启直流电源进行电解，控制阳极电流密度、阴极电流密度和电解电量，调节熔融电解质中Ti2+和Ti3+比例。本专利技术方法步骤A中，所采用的初始熔融电解质为含有Ti2+的熔融电解质，但不必要求必须含有Ti3+，因此初始熔融电解质中Ti2+的原始浓度一般为0<Ti2+≦10wt％，Ti3+的原始浓度一般为0～10wt％；本专利技术要求初始熔融电解质中基体电解质不参与反应，以NaCl-KCl-TiCl2-TiCl3熔融电解质为例，NaCl-KCl不会参与电解反应，因此本技术方案适用于所有满足条件的电解质组合。本专利技术方法步骤A中，金属离子一般以卤化物的形式加入，且其卤化物的阴离子与初始熔融电解质中的阴离子相同；所述金属离子为镍离子或电位比镍离子电位更正的金属阳离子，通常可以采用Ni2+、Cu2+或Ag+等金属阳离子。本专利技术采用石墨作为惰性阳极，不锈钢或碳钢作为金属材料阴极，使电解池电流通畅，使电解质中的Ti2+离子在阳极发生氧化反应转化为Ti3+离子，镍离子或电位比镍离子电位更正的金属阳离子在阴极沉积为金属并附着在阴极上。本专利技术步骤B中，由于控制阳极电流密度不高于0.6A/cm2，因此阳极上只发生如式(1)的反应：Ti2+＝Ti3++e(1)此外，本专利技术步骤B中，还将阴极电流密度控制为0.1～0.8A/cm2，由于本专利技术方法加入镍离子或电位比镍离子电位更正的金属阳离子(以Mn+表示)，Mn+离子的电位远正于钛离子，因此阴极上只发生如式(2)的反应：Mn++ne＝M(2)本专利技术方法还通过控制电解电量，进而控制熔融电解质中Ti2+和Ti3+比例，所述电解电量由以下公式式(3)进行计算得到：其中，q为电解电量，单位为Ah；mTi2+为初始熔融电解质中需要转化为Ti3+的Ti2+量，单位为g；QTi2+为Ti2+转化为Ti3+的电化当量，单位为g/Ah。根据式(1)可知Ti2+转化为Ti3+会释放电子，当初始熔融电解质中需要转化为Ti3+的Ti2+量一定时，Ti2+转化为Ti3+会释放电子的量也一定，因此还需要控制金属离子的加入量，金属离子的加入量偏少，会导致Ti2+和Ti3+的调节比例结果不准确；金属离子的加入量偏多，则可能引入多余金属杂质，影响电解质的质量；具体来说，金属离子的用量由以下公式式(4)计算得到：其中，mMn+为金属离子的用量，单位为g；q为电解电量，单位为Ah；QMn+为Mn+离子还原为单质M的电化当量，单位为g/Ah。优选的，一种调节熔融电解质中Ti2+和Ti3+比例的方法，该方法包括以下步骤：A、向初始熔融电解质中加入金属离子，装入石墨作为惰性阳极，不锈钢或碳钢作为金属材料阴极，连接直流电源组成电解池；所述金属离子以卤化物的形式加入，且其卤化物的阴离子与初始熔融电解质本文档来自技高网...

【技术保护点】
调节熔融电解质中Ti

【技术特征摘要】
1.调节熔融电解质中Ti2+和Ti3+比例的方法，其特征在于：包括以下步骤：A、向初始熔融电解质中加入金属离子，装入惰性阳极及金属材料阴极，连接直流电源组成电解池；B、开启直流电源进行电解，控制阳极电流密度、阴极电流密度和电解电量，调节熔融电解质中Ti2+和Ti3+比例。2.根据权利要求1所述的调节熔融电解质中Ti2+和Ti3+比例的方法，其特征在于：步骤A中，所述初始熔融电解质中Ti2+的原始浓度为0<Ti2+≦10wt％，Ti3+的原始浓度为0～10wt％。3.根据权利要求1所述的调节熔融电解质中Ti2+和Ti3+比例的方法，其特征在于：步骤A中，所述金属离子以卤化物的形式加入，且其卤化物的阴离子与初始熔融电解质中的阴离子相同；所述金属离子为镍离子或电位比镍离子电位更正的金属阳离子。4.根据权利要求3所述的调节熔融电解质中Ti2+和Ti3+比例的方法，其特征在于：步骤A中，所述金属离子为Ni2+、Cu2+或Ag+。5.根据权利要求1所述的调节熔融电解质中Ti2+和Ti3+比例的方法，其特征在于：步骤A中，所述惰性阳极为石墨阳...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓斌，穆天柱，
申请(专利权)人：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51