專利名稱：真空條件下直接電解TiO的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海綿鈦的新型制備技術(shù)，主要是采用真空條件于CaCl2熔鹽體系中直接電解TiO2制備海綿鈦。
背景技術(shù)：
熔鹽電解TiO2制備海綿鈦是目前世界上鈦制備方法中研究的熱點之一，該方法由于具備生產(chǎn)過程簡化、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品質(zhì)量高、環(huán)境友好等優(yōu)點而被認(rèn)為是最有前途的、最引人注目的、最有可能取代Kroll法的海綿鈦制備新方法。目前，采用熔鹽電解TiO2制備海綿鈦的研究剛剛處于起步階段，被認(rèn)為是海綿鈦制備領(lǐng)域中的世界性難題之一。
國內(nèi)專利文獻上尚未看到關(guān)于直接電解TiO2制備海綿鈦的報道。在其他一些非專利文獻上雖然有關(guān)于直接電解TiO2制備海綿鈦的報道，但是所有相關(guān)報道都是在保護氣氛下進行的，在真空條件下直接電解TiO2制備海綿鈦，目前尚未看到相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足提供了一種于真空條件下在CaCl2熔鹽體系中直接電解TiO2制備海綿鈦的新技術(shù)。
本發(fā)明將平均粒度為0.35μm，純度＞98％的TiO2粉體和重量比為TiO2粉體的5～8％的聚乙烯醇和8～10％的蒸餾水混合并攪拌均勻后，在5～15MPa下在模具內(nèi)壓制成型后制得電極，所述電級在室溫下自然干燥24～48h后，在800～1200℃下燒結(jié)5～10h，制得TiO2陰極，以高純石墨為陽極、所述TiO2陰極作陰極，在特制的真空電解爐內(nèi)鈦金屬電解槽中于10-4～101Pa下的氯化鈣熔鹽內(nèi)進行電解，電解溫度為800～1100℃，電解時間為5～12h、電解電壓為2.8～3.3V，電解結(jié)束后，將電解產(chǎn)物冷卻至室溫，收集電極表面海綿狀物質(zhì)并用1％HCl洗滌，所制得的電解產(chǎn)物為海綿鈦，純度達99.5％以上，達到國家海綿鈦一級標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明的另一個實施例是所述的TiO2陰極直徑大于或等于Φ50mm，高度為50～100mm的圓柱狀。
本發(fā)明的另一個實施例所使用TiO2陰極為邊長100～180mm，高度為5～10mm的正方形板狀。
本發(fā)明的工藝條件是TiO2粉體平均粒度0.35μm，純度＞98％，晶型為銳鈦型；聚乙烯醇試劑，分析純；水試劑，分析純；TiO2粉體∶聚乙烯醇∶水(重量比)＝100∶5～8∶8～10；TiO2粉體、聚乙烯醇、水混合的溫度90～100℃；成型壓力5～15Mpa；TiO2電極自然干燥時間24～48h；
TiO2電極燒結(jié)溫度800～1200℃；燒結(jié)時間5～10h；CaCl2熔鹽試劑，分析純；高純石墨純度＞96％；電解壓力10-4～101Pa；電解溫度800～1100℃；電解時間5～12h；電解電壓2.8～3.3V；電解產(chǎn)物洗滌試劑1％HCl溶液；電解過程升溫過程抽真空至101Pa后升溫至500℃并保溫2h，脫去CaCl2熔鹽中的水分，升溫至電解溫度并開始電解。
對本發(fā)明工藝流程的幾點說明1、TiO2電極的制備是電解過程成敗的關(guān)鍵技術(shù)之一，本發(fā)明的燒結(jié)溫度在800～1200℃之間，所制備的TiO2電極的晶體構(gòu)型由銳鈦型轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石型且顆粒間空隙率為40～60％。
2、電解過程升溫曲線是電解成敗的另一技術(shù)關(guān)鍵，本發(fā)明的升溫曲線是在真空度在101Pa下才開始升溫，升溫至500℃并保溫2h，再升溫至電解溫度。
本發(fā)明具有下述優(yōu)點1.在真空條件下電解TiO2制備海綿鈦，在目前所有的文獻中未見相關(guān)報道。
2.與在保護氣氛下直接電解TiO2制備海綿鈦相比，在真空條件下電解TiO2制備海綿鈦工藝中，一方面將CaCl2熔鹽體系的脫水過程與電解升溫過程統(tǒng)一起來，另一方面由于負壓氛圍，使得預(yù)電解步驟得以省略，從而進一步簡化了工藝流程。可望極大地降低了鈦的生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
3.采用電解法制備出單質(zhì)鈦，在陽極析出的氣體為CO和CO2的混合物，易于控制，無污染，克服了傳統(tǒng)工藝過程中的副產(chǎn)物Cl2以及生產(chǎn)過程中高壓等條件對環(huán)境的負面影響。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例作進一步詳述。
實施例1將TiO2粉體和重量比為TiO2粉體的8％的聚乙烯醇(PVA)和10％的蒸餾水混合并攪拌均勻后，在12MPa下Φ50的模具內(nèi)壓制成型后制得直徑為50mm、高6mm的電極。在室溫下自然干48h后，在800℃下燒結(jié)8h，制得TiO2陰極。以高純石墨為陽極、TiO2電極作陰極，在特制的真空電解爐內(nèi)鈦金屬電解槽中于10-1Pa下的氯化鈣熔鹽內(nèi)進行電解，電解溫度為900℃，電解時間為6h、電解電壓為2.8V。電解結(jié)束后，將電解產(chǎn)物冷卻至室溫，收集電極表面海綿狀物質(zhì)并用1％HCl洗滌。所制得的電解產(chǎn)物呈海綿狀，純度為99.663％，達到國家海綿鈦一級標(biāo)準(zhǔn)。
實施例2將平均粒度為0.35μm，純度＞98％的TiO2粉體和重量比為TiO2粉體的7％的聚乙烯醇(PVA)和9％的蒸餾水混合并攪拌均勻后，在14MPa下Φ50的模具內(nèi)制成型后壓制得直徑為50mm、高8mm的電極。在室溫下自然干36h后，在1000℃下燒結(jié)6h，制得TiO2陰極。以高純石墨為陽極、TiO2電極作陰極，在特制的真空電解爐內(nèi)鈦金屬電解槽中于10-2Pa下的氯化鈣熔鹽內(nèi)進行電解，電解溫度為920℃，電解時間為8h、電解電壓為3.2V。電解結(jié)束后，將電解產(chǎn)物冷卻至室溫，收集電極表面海綿狀物質(zhì)并用1％HCl洗滌。所制得的電解產(chǎn)物呈海綿狀，純度為99.674％，達到國家海綿鈦一級標(biāo)準(zhǔn)。
實施例3將平均粒度為0.35μm，純度＞98％的TiO2粉體和重量比為TiO2粉體的6％的聚乙烯醇(PVA)和9％的蒸餾水混合并攪拌均勻后，在13MPa下Φ50的模具內(nèi)壓制成型后制得直徑為50mm、高10mm的電極。在室溫下自然干36h后，在1200℃下燒結(jié)5h，制得TiO2陰極。以高純石墨為陽極、TiO2電極作陰極，在特制的真空電解爐內(nèi)鈦金屬電解槽中于101Pa下的氯化鈣熔鹽內(nèi)進行電解，電解溫度為950℃，電解時間為7h、電解電壓為3.0V。電解結(jié)束后，將電解產(chǎn)物冷卻至室溫，收集電極表面海綿狀物質(zhì)并用1％HCl洗滌。所制得的電解產(chǎn)物呈海綿狀，純度為99.651％，達到國家海綿鈦一級標(biāo)準(zhǔn)。
實施例4將平均粒度為0.35μm，純度＞98％的TiO2粉體和重量比為TiO2粉體的6％的聚乙烯醇(PVA)和10％的蒸餾水混合并攪拌均勻后，在15MPa下于于200mm×200mm的模具內(nèi)壓制成型后制得200mm×200mm×10mm的電極。在室溫下自然干36h后，在1200℃下燒結(jié)5h，制得TiO2陰極。以高純石墨為陽極、TiO2電極作陰極，在特制的真空電解爐內(nèi)鈦金屬電解槽中于101Pa下的氯化鈣熔鹽內(nèi)進行電解，電解溫度為950℃，電解時間為7h、電解電壓為3.0V。電解結(jié)束后，將電解產(chǎn)物冷卻至室溫，收集電極表面海綿狀物質(zhì)并用1％HCl洗滌。所制得的電解產(chǎn)物呈海綿狀，純度為99.645％，達到國家海綿鈦一級標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種真空條件下直接電解TiO2制備海綿鈦的新工藝，其特征是將平均粒度為0.35μm，純度＞98％的TiO2粉體和重量比為TiO2粉體的5～8％的聚乙烯醇和8～10％的蒸餾水混合并攪拌均勻后，在5～15MPa下在模具內(nèi)壓制成型后制得電極，所述電級在室溫下自然干燥24～48h后，在800～1200℃下燒結(jié)5～10h，制得TiO2陰極，以高純石墨為陽極、所述TiO2陰極作陰極，在特制的真空電解爐內(nèi)鈦金屬電解槽中于10-4～101Pa下的氯化鈣熔鹽內(nèi)進行電解，電解溫度為800～1100℃，電解時間為5～12h、電解電壓為2.8～3.3V，電解結(jié)束后，將電解產(chǎn)物冷卻至室溫，收集電極表面海綿狀物質(zhì)并用1％HCl洗滌，所制得的電解產(chǎn)物為海綿鈦。
2.按權(quán)利要求1所說的一種真空條件下直接電解TiO2制備海綿鈦的新工藝，其特征在于所述的TiO2陰極直徑大于或等于Φ50mm，高度為50～100mm的圓柱狀。
3.按權(quán)利要求1所說的一種真空條件下直接電解TiO2制備海綿鈦的新工藝，其特征在于所述的TiO2陰極為邊長100～180mm，高度為5～10mm的正方形板狀。
全文摘要
本發(fā)明將平均粒度為0.35μm，純度＞98％的TiO
文檔編號C25C3/28GK101086073SQ200610012180
公開日2007年12月12日 申請日期2006年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月9日
發(fā)明者劉國欽, 鄒敏, 馬光強, 毛雪華, 王琪琳, 王軍, 劉元虎 申請人:攀枝花學(xué)院