專利名稱：一種直接用二氧化鈦為原料生產海綿鈦的熔鹽電解槽的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于有色金屬材料領域，特別涉及一種直接用二氧化鈦為原料生產海綿鈦的熔鹽電解槽。
背景技術：
世界海綿鈦工業生產中普遍使用的方法仍是Kroll工藝，它是通過鎂還原TiCl4生產海綿鈦。這種工藝自建立以來一直無太大改變。該工藝由三部分組成一是由含鈦礦物制取粗TiCl4；二是粗TiCl4精制；三是鎂還原TiCl4生產海綿鈦和真空蒸餾。Kroll工藝是非連續的，在生產過程中必須進行裝料、高溫加熱以及卸料操作，不僅能耗高而且周期長，生產成本高，環境污染嚴重。盡管對Kroll工藝進行一些改進是可能的，但實踐證明，一些微小的技術革新是不能改變高成本這一現狀的。因此，開發新的低成本的海綿鈦生產工藝以替代Kroll工藝是鈦工業界所追求的目標，其中在熔鹽中直接電解TiO2得到海綿鈦，其工藝流程短、簡單快速、成本低、省去了傳統工藝中的氯化、精制TiCl4、鎂還原和真空蒸餾等復雜工序，可大大降低海綿鈦的成本40％。特別是沒有氯氣的放出，避免了污染的產生，是一種新型的無污染綠色冶金技術。

發明內容
本實用新型的目的在于提供一種直接用二氧化鈦為原料生產海綿鈦的熔鹽電解槽。其特征在于該電解槽由槽襯1、陽極2、陰極3、陽極導線4、陰極導線5、蓋板6、電解質7、氬氣導管8構成。
槽襯1，由Si3N4結合的SiC材料或炭素材料砌成，用來盛放電解質7；蓋板6蓋在電解槽上，防止電解質揮發。陽極2，由Ni-Cu-Fe合金或石墨制成；陰極3，由燒結二氧化鈦板或內裝二氧化鈦顆粒的不銹鋼或金屬鈦矩形網制成。直流電由陽極2進入，通過電解質7從陰極3流出。陰極3與陽極2是垂直排列，電極表面相互平行，槽體內至少設有一組以陽一陰一陽方式排列的電極，用此方式在同一槽內也可安裝多組電極，即陽—陰—陽—陰··—陽；導線4和5，分別連接在直流電源陽極和陰極連接桿上；氬氣導管8的作用是向電解槽內通入氬氣，對電極起到保護作用。
電解槽陰極有兩種形式，一是二氧化鈦板，它由二氧化鈦加1～2％PVA粘結劑壓制成板狀在碳還原氣氛并且在1200～1300℃范圍內燒結2～3h而成，在二氧化鈦板上的上平面中間和向兩側等分距離處向下平面垂直穿1～10個孔，直徑20～40mm，然后每個孔穿一鈦導線，每根導線下端焊接一垂直鈦棒固定，上端1～10根鈦導線焊接在同一接線端上。二是由不銹鋼或金屬鈦網制成矩形網狀陰極，網孔100～200目，內裝二氧化鈦顆粒，直徑2～10mm，二氧化鈦顆粒由二氧化鈦粉加水球團而成，在碳還原氣氛下并且在1200～1300℃范圍內焙燒1～2h。電解槽陽極由石墨或惰性材料制成，適宜氯化物電解的惰性材料均可。控制槽電壓在2.8～3.2V，當用石墨做陽極時，電解過程中陽極上放出CO2；當用惰性材料陽極時，電解過程放出O2。電解槽槽襯由炭素材料或氮化硅結合碳化硅材料制成。電極豎直懸放在電解槽內，電極上端連接到連接桿上，使電極與槽體分離。電解槽陰極3與陽極2是垂直排列，電極表面相互平行，槽體內至少設有一組以陽一陰一陽方式排列的電極，用此方式在同一槽內也可安裝多組電極，即陽—陰—陽—陰··—陽。電極間距離在1.5～3.5cm，槽體是長方形或方形槽體，槽內壁距電極的距離大于極距。電解槽加蓋密封，并通氬氣保護。電解槽使用氯化鈣或氯化鈣與氯化鋰混合物為電解質，電解溫度在850～900℃范圍內，槽電壓控制在2.8～3.2V，電解4～5h，取出陰極，用稀鹽酸清洗烘干，即為海綿鈦，海綿鈦含氧低于600ppm。由于直接用二氧化鈦為原料制成陰極。這種原位還原制取海綿鈦工藝，與傳統Kroll工藝相比，該方式電解生產成本低40％，實現了清潔生產。


圖1為本實用新型俯視圖；圖2為圖1中A-A剖面圖；圖3為圖1中B-B剖面圖；圖4為二氧化鈦板狀陰極3示意圖，圖4(a)是A-A剖面，圖4(b)是B-B剖面；圖5為不銹鋼或金屬鈦網狀陰極3示意圖，圖5(a)是A-A剖面，圖5(b)是B-B剖面。
具體實施方式
實施例一，電解槽陰極3由二氧化鈦燒結板制成；陽極2由惰性材料制成；電解過程中使用氯化鈣電解質，電解溫度在850℃。在電解中，槽電壓控制在2.9V，在陰極3上逸出氧離子，氧離子在電場作用下朝向陽極2方向運動。在陽極上放電生成氧氣，電解4h，陰極3含氧量600ppm，成為海綿鈦。陰極與陽極的垂直排列，增大了電解面積，提高了單槽生產率，電流效率為70％。
實施例二，電解槽陰極3由鈦網制作，內裝二氧化鈦顆粒；陽極2由石墨制成。電解過程中使用氯化鈣電解質，電解溫度在870℃。在電解中，槽電壓控制在3.0V，工作過程同實施例一，只是在陽極上逸出的氣體是二氧化碳，陰極3含氧量500ppm，成為海綿鈦。打開鈦網，取出海綿鈦，電流效率為80％。
實施例三，電解槽陰極3由不銹鋼網制成，內裝二氧化鈦顆粒；陽極2由石墨制成。電解過程中使用氯化鈣和氯化鋰混合電解質，其中氯化鈣和氯化鋰各占摩爾分數50％，電解溫度在900℃。在電解中，槽電壓控制在2.8V，工作過程同實施例一，只是在陽極上逸出的氣體是二氧化碳，陰極3含氧量500ppm，成為海綿鈦。打開不銹鋼網，取出海綿鈦，電流效率為80％。
實施例四，電解槽陰極3由鈦網制作，內裝二氧化鈦顆粒；陽極2由惰性材料制成。電解過程中使用氯化鈣和氯化鋰混合電解質，其中氯化鈣和氯化鋰各占摩爾分數50％，電解溫度870℃。在電解中，槽電壓控制在2.8V，工作過程同實施例一，在陽極上逸出的氣體是氧氣，陰極3含氧量400ppm，成為海綿鈦。打開鈦網，取出海綿鈦，電流效率為75％。
實施例五，電解槽陰極3由二氧化鈦燒結板制成；陽極2由石墨制成。電解過程中使用氯化鈣電解質，電解溫度870℃。在電解中，槽電壓控制在2.8V，工作過程同實施例一，只是在陽極上逸出的氣體是二氧化碳，陰極3含氧量500ppm，成為海綿鈦，電流效率為70％。
權利要求1.一種直接用二氧化鈦為原料生產海綿鈦的熔鹽電解槽，其特征在于電解槽由槽襯(1)、陽極(2)、陰極(3)、陽極導線(4)、陰極導線(5)、蓋板(6)、電解質(7)、氬氣導管(8)構成；槽襯(1)，用來盛放電解質(7)；蓋板(6)蓋在電解槽上，防止電解質揮發；導線(4)和(5)分別連接在直流電源陽極和陰極連接桿上；氬氣導管(8)的作用是向電解槽內通入氬氣，對電極起到保護作用。
2.如權利要求1所述的直接用二氧化鈦為原料生產海綿鈦的熔鹽電解槽，其特征在于電解槽陰極(3)是二氧化鈦板，二氧化鈦板由二氧化鈦加1～2％PVA粘結劑壓制成板狀在碳還原氣氛并且在1200～1300℃范圍內燒結2-3h而成；在二氧化鈦板上的上平面中間和向兩側等分距離處向下平面垂直穿1～10個孔，直徑20～40mm，然后每個孔穿一鈦導線，每根導線下端焊接一垂直鈦棒固定，上端1～10根鈦導線焊接在同一接線端上。
3.如權利要求1所述的直接用二氧化鈦為原料生產海綿鈦的熔鹽電解槽，其特征在于電解槽陰極(3)是由不銹鋼或金屬鈦網制成矩形網狀陰極，網孔100～200目，內裝二氧化鈦顆粒，直徑2～10mm，二氧化鈦顆粒由二氧化鈦粉加水球團而成，在碳還原氣氛下并且在1200～1300℃范圍內焙燒1～2h。
4.如權利要求2或3所述的直接用二氧化鈦為原料生產海綿鈦的熔鹽電解槽，其特征在于電解槽陽極(2)由石墨或惰性材料制成。
5.如權利要求4所述的直接用二氧化鈦為原料生產海綿鈦的熔鹽電解槽，其特征在于電解槽槽襯(1)由炭素材料或氮化硅結合碳化硅材料砌成。
6.如權利要求5所述的直接用二氧化鈦為原料生產海綿鈦的熔鹽電解槽，其特征在于陰極和陽極都豎直懸放在電解槽內，電極上端連接到連接桿上，使電極與槽體分離。
7.如權利要求6所述的直接用二氧化鈦為原料生產海綿鈦的熔鹽電解槽，其特征在于電解槽陰極(3)與陽極(2)是垂直排列，電極表面相互平布槽體內至少設有一組以陽一陰一陽方式排列的電極，在同一槽內也可安裝多組電極，即陽一陰一陽一陰··一陽。
8.如權利要求5或6或7所述的直接用二氧化鈦為原料生產海綿鈦的熔鹽電解槽，其特征在于電極間距離在1.5～3.5cm，槽體是長方形或方形槽體，槽內壁距電極的距離大于極距。
9.如權利要求1所述的直接用二氧化鈦為原料生產海綿鈦的熔鹽電解槽，其特征在于電解槽使用的電解質(7)為氯化鈣或氯化鈣與氯化鋰混合物。
專利摘要一種直接用二氧化鈦為原料生產海綿鈦的熔鹽電解槽，屬于有色金屬材料領域。電解槽電極呈平板形，以陽—陰—陽的方式排列，豎直懸放在電解質中，槽體與電極相分離。此種結構緊湊，便于制造、安裝和不停槽更換，能縮短極距。該電解槽的陰極由二氧化鈦制成，陽極由惰性材料或石墨制成。電解槽槽襯為Si
文檔編號C25C5/00GK2778832SQ200520022719
公開日2006年5月10日 申請日期2005年1月7日 優先權日2005年1月7日
發明者盧惠民 申請人:北京科技大學