CN103334126B - 一种在电阻炉中采用熔盐电解法制备海绵钛的方法 - Google Patents

Abstract

一种在电阻炉中采用熔盐电解法制备海绵钛的方法，对石墨坩埚(2)内的氯化钙熔盐(14)进行低恒温抽水分处理，水分去除后通过进气管(6)向密封的真空反应器内通入氩气，电阻炉(1)匀速上升至1000℃，通过升降杆(8)自动下降两个电极杆(9)使得二氧化钛(3)和石墨板(12)进入石墨坩埚内且电流均为50A，电解产生的一氧化碳和二氧化碳以及剩余的氩气通过出气管(10)被排入废气回收罐中，当电解制备海绵钛结束后将密封的真空反应器吊出，向环形循环水套(4)和内水套(5)内通入冷却水，至室温时打开倒凹状上盖(11)并取出被电解的二氧化钛，经清洗即可得到纯度达99.0%的海绵钛，具有成熟化、安全化、节能化。

Description

一种在电阻炉中采用熔盐电解法制备海绵钛的方法

技术领域

本发明属于冶炼技术领域，特别涉及到一种在电阻炉中采用熔盐电解法制备海绵钛的方法。

背景技术

钛的冶炼工艺比较成熟的是Kroll法，Kroll法是非连续的，不仅生产成本高、设备损失大，而且环境污染严重。

为降低其生产成本和扩大生产规模，也有采用FFC熔盐电解法，熔盐电解法炼钛的工艺操作尚处于试验阶段，其流程大致如下：

二氧化钛电极片制备→熔盐电解→电极片清洗→检测

上述熔盐电解是熔盐电解法的关键过程，具体方法就是以制备好的二氧化钛为阴极电极片，以致密石墨板为阳极，在氯化钙的高温熔盐中进行电解，电解温度950℃，电解槽电压3V，电解过程中从阴极二氧化钛电极片中电离出氧离子并迁移到阳极进行放电生成一氧化碳和二氧化碳并从电解槽中放出，阴极电极片中的钛金属被保留下来，电解完成后，提升电极杆将阴极电极片放在电阻炉内并在氩气保护下随炉自然冷却至室温，打开炉盖取出阴极电极片并经清洗后即可得到海绵钛。

上述熔盐电解法的真空密封性较差，耐高温熔盐的腐蚀性也较差。

专利公开号CN2778832Y公开了一种直接用二氧化钛为原料生产海绵钛的熔盐电解槽，介绍了该电解槽的制作方法并介绍了阳极和阴极的制作方法，所依据的冶炼工艺不同于上述熔盐电解法。

发明内容

为解决熔盐电解法中存在的真空密封性较差、耐高温熔盐的腐蚀性较差等问题，本发明提供了一种在电阻炉中采用熔盐电解法制备海绵钛的方法，通过该方法可以很好电解制备出海绵钛，并电解出质量较优的海绵钛，使得FFC熔盐电解法更加成熟化、安全化、节能化。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种在电阻炉中采用熔盐电解法制备海绵钛的方法，电阻炉内配置硅碳棒并作为加热元件，电阻炉的最高温度不低于950℃，熔盐电解法涉及到石墨坩埚，石墨坩埚内存放有氯化钙熔盐，二氧化钛作为阴极电极片，石墨板作为阳极片，电解过程产生一氧化碳和二氧化碳，石墨坩埚置于真空反应器内，真空反应器内通入氩气，本发明的特征是：

将放有氯化钙熔盐的石墨坩埚置于真空反应器内，之后将真空反应器置于未升温的电阻炉内，在真空反应器的上端法兰直角处配置有环形循环水套并在环形循环水套配置有下接管，在所述法兰上端配置环形密封槽，所述环形密封槽内配置耐高温密封圈，真空反应器的上端扣有倒凹状上盖，倒凹状上盖由双层金属相互叠加并与法兰盘联接而成，所述叠加层之间形成内水套，内水套配置有上接管，倒凹状上盖的上端中部两侧分别对称配置有直径相同的密封孔，两个密封孔内分别插接电极杆，两个电极杆通过横杆联接后再与升降杆联接，在一个电极杆的下端通过不锈钢丝缠绕有所述阴极电极片，所述阴极电极片的总重控制在300～500g之间，在另一个电极杆的下端通过不锈钢棒插接有所述阳极片，所述不锈钢棒+所述阳极片的总重与所述阴极电极片的总重相匹配，两个电极杆的直径与两个密封孔的直径匹配，倒凹状上盖的上端外部两侧分别对称配置有直径相同的进气管和出气管，进气管伸进真空反应器内的长度以达到石墨坩埚上端沿为准，出气管伸进倒凹状上盖的长度与所述法兰盘平齐为准，通过所述法兰和所述法兰盘的对接孔螺栓联接以及所述耐高温密封圈可以实现真空反应器与倒凹状上盖的真空密封，在倒凹状上盖的上端加装防尘罩；

先对石墨坩埚内的氯化钙熔盐进行低恒温抽水分处理，此时电阻炉内的炉温控制在30～70℃，待氯化钙熔盐水分去除后再通过进气管向密封的真空反应器内通入氩气，当氩气在密封的真空反应器内形成正压时再将电阻炉的炉温匀速上升至1000℃，通过测温仪能够测出密封的真空反应器内温度达到950℃以上时，再通过升降杆自动下降两个电极杆，使得所述阴极电极片和所述阳极片进入石墨坩埚内的氯化钙熔盐中进行电解并制备出海绵钛，此时在所述阳极片和所述阴极电极片上通过的电流均控制在50A，而电解过程产生的一氧化碳和二氧化碳以及剩余的氩气通过出气管被排入废气回收罐中，当电解制备海绵钛结束后再通过升降杆自动上升两个电极杆并切断电阻炉电源、切断所述阳极片和所述阴极电极片上通过的电流以及切断氩气供应，使得所述阴极电极片上电解出的海绵钛脱离氯化钙熔盐，与此同时将密封的真空反应器从电阻炉内吊出，并通过所述下接管和所述上接管向环形循环水套和内水套内通入冷却水，当密封的真空反应器冷却到室温时再打开倒凹状上盖并取出被电解的所述阴极电极片，对被电解的所述阴极电极片进行清洗即可得到纯度达99.0%的海绵钛。

真空反应器和倒凹状上盖均由304不锈钢制作而成。

由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下积极效果：

1、根据熔盐电解脱氧的工艺原理，本发明的真空反应器既要满足低恒温抽水分处理的要求，又要为电解制备出的海绵钛营造良好的氩气保护冷却密封区域，所以真空反应器具有密封性高，同时也具有耐高温腐蚀性。

2、本发明的优势在于真空反应器和倒凹状上盖具有结构简单、操作方便、实用性强等特点，使得环境污染和设备损失消耗都达到了较低的水平。

附图说明

图1是本发明的结构及方法示意简图。

图1中：1-电阻炉，2-石墨坩埚，3-二氧化钛，4-环形循环水套，5-内水套，6-进气管，7-密封孔，8-升降杆，9-电极杆，10-出气管，11-倒凹状上盖，12-石墨板，13-耐高温密封圈，14-氯化钙熔盐，15-真空反应器，16-硅碳棒。

具体实施方式

本发明是一种在电阻炉中采用熔盐电解法制备海绵钛的方法，也是熔盐电解法中熔盐电解的扩展方法之一，该方法可以制备小量的海绵钛，这是由于石墨坩埚的容量所限，如果增大石墨坩埚的容量，也可以增大海绵钛的制备量，这对本领域是显而易见的。

电阻炉1内配置硅碳棒16并作为加热元件，电阻炉1的最高温度不低于950℃，熔盐电解法涉及到石墨坩埚2，石墨坩埚2内存放有氯化钙熔盐14，氯化钙熔盐14的存放量占石墨坩埚2容量的2/3为宜，二氧化钛3作为阴极电极片，石墨板12作为阳极片，电解过程产生一氧化碳和二氧化碳，石墨坩埚2置于真空反应器15内，真空反应器15内通入氩气。

上述电阻炉1采用的是普通电阻炉且不需要高温载压，电阻炉1虽然能满足本发明的需求，但电阻炉1能耗较大。

本发明的特征是：

将放有氯化钙熔盐14的石墨坩埚2置于真空反应器15内，之后将真空反应器15置于未升温的电阻炉1内，在真空反应器15的上端法兰直角处配置有环形循环水套4并在环形循环水套配置有下接管，在所述法兰上端配置环形密封槽，所述环形密封槽内配置耐高温密封圈13，真空反应器15的上端扣有倒凹状上盖11，倒凹状上盖11由双层金属相互叠加并与法兰盘联接而成，所述叠加层之间形成内水套5，内水套5配置有上接管，倒凹状上盖11的上端中部两侧分别对称配置有直径相同的密封孔7，两个密封孔7内分别插接电极杆9，两个电极杆9通过横杆联接后再与升降杆8联接，在一个电极杆的下端通过不锈钢丝缠绕有所述阴极电极片，所述阴极电极片的总重控制在300～500g之间，在另一个电极杆的下端通过不锈钢棒插接有所述阳极片，石墨板12中间钻孔后插接在所述不锈钢棒上，所述不锈钢棒+所述阳极片的总重与所述阴极电极片的总重相匹配，两个电极杆9的直径与两个密封孔7的直径匹配，两个密封孔7可以有效防止空气进入密封的真空反应器内，倒凹状上盖11的上端外部两侧分别对称配置有直径相同的进气管6和出气管10，进气管6伸进真空反应器15内的长度以达到石墨坩埚2上端沿为准，出气管10伸进倒凹状上盖11的长度与所述法兰盘平齐为准，通过所述法兰和所述法兰盘的对接孔螺栓联接以及所述耐高温密封圈可以实现真空反应器15与倒凹状上盖11的真空密封，真空反应器15与倒凹状上盖11真空密封后的状态简称为密封的真空反应器，在倒凹状上盖的上端加装防尘罩，所述防尘罩对两个密封孔7、两个电极杆9、升降杆8以及所述横杆实施防尘密封，真空反应器15和倒凹状上盖11均由304不锈钢制作而成。

上述真空反应器15和倒凹状上盖11具有结构简单、操作方便、实用性强等特点，使得钛冶炼的环境污染和设备损失消耗都达到了较低水平。

先对石墨坩埚2内的氯化钙熔盐14进行低恒温抽水分处理，此时电阻炉1内的炉温控制在50～80℃，待氯化钙熔盐14水分去除后再通过进气管6向密封的真空反应器内通入氩气，当氩气在密封的真空反应器内形成正压时再将电阻炉1的炉温匀速上升至1000℃，通过测温仪能够测出密封的真空反应器内温度达到950℃以上时，再通过升降杆8自动下降两个电极杆9，使得所述阴极电极片和所述阳极片进入石墨坩埚2内的氯化钙熔盐14中进行电解并制备出海绵钛，此时在所述阳极片和所述阴极电极片上通过的电流均控制在50A，电流通过效率可以达到50～70%。而电解过程产生的一氧化碳和二氧化碳以及剩余的氩气通过出气管10被排入废气回收罐中，当电解制备海绵钛结束后再通过升降杆8自动上升两个电极杆9并切断电阻炉1电源、切断所述阳极片和所述阴极电极片上通过的电流以及切断氩气供应，使得所述阴极电极片上电解出的海绵钛脱离氯化钙熔盐14，与此同时将密封的真空反应器从电阻炉1内吊出，并通过所述下接管和所述上接管向环形循环水套4和内水套5内通入冷却水，当密封的真空反应器冷却到室温时再打开倒凹状上盖11并取出被电解的所述阴极电极片，对被电解的所述阴极电极片进行清洗即可得到纯度达99.0%的海绵钛。

根据熔盐电解脱氧的工艺原理，真空反应器15既要满足所述低恒温抽水分处理的要求，又要为电解制备出的海绵钛营造良好的氩气保护冷却密封区域，所以真空反应器15必须具有密封性高，即要求具有较高的真空度，同时具有耐高温腐蚀性。

通过以上陈述，本发明可以很好的完成电解制备海绵钛，并电解出质量较优的海绵钛，使得FFC法更加成熟化、安全化、节能化。

Claims (1)

1.一种在电阻炉中采用熔盐电解法制备海绵钛的方法，电阻炉(1)内配置硅碳棒(16)并作为加热元件，电阻炉(1)的最高温度不低于950℃，熔盐电解法涉及到石墨坩埚(2)，石墨坩埚(2)内存放有氯化钙熔盐(14)，二氧化钛(3)作为阴极电极片，石墨板(12)作为阳极片，电解过程产生一氧化碳和二氧化碳，石墨坩埚(2)置于真空反应器(15)内，真空反应器(15)内通入氩气；其特征是：

将放有氯化钙熔盐(14)的石墨坩埚(2)置于真空反应器(15)内，之后将真空反应器(15)置于未升温的电阻炉(1)内，在真空反应器(15)的上端法兰直角处配置有环形循环水套(4)并在环形循环水套配置有下接管，在所述法兰上端配置环形密封槽，所述环形密封槽内配置耐高温密封圈(13)，真空反应器(15)的上端扣有倒凹状上盖(11)，倒凹状上盖(11)由双层金属相互叠加并与法兰盘联接而成，所述双层金属相互叠加形成叠加层，所述叠加层之间形成内水套(5)，内水套(5)配置有上接管，倒凹状上盖(11)的上端中部两侧分别对称配置有直径相同的密封孔(7)，两个密封孔(7)内分别插接电极杆(9)，两个电极杆(9)通过横杆联接后再与升降杆(8)联接，在一个电极杆的下端通过不锈钢丝缠绕有所述阴极电极片，所述阴极电极片的总重控制在300～500g，在另一个电极杆的下端通过不锈钢棒插接有所述阳极片，所述不锈钢棒+所述阳极片的总重与所述阴极电极片的总重相匹配，两个电极杆(9)的直径与两个密封孔(7)的直径匹配，倒凹状上盖(11)的上端外部两侧分别对称配置有直径相同的进气管(6)和出气管(10)，进气管(6)伸进真空反应器(15)内的长度以达到石墨坩埚(2)上端沿为准，出气管(10)伸进倒凹状上盖(11)的长度与所述法兰盘平齐为准，通过所述法兰和所述法兰盘的对接孔螺栓联接以及所述耐高温密封圈可以实现真空反应器(15)与倒凹状上盖(11)的真空密封，在倒凹状上盖(11)的上端加装防尘罩；

先对石墨坩埚(2)内的氯化钙熔盐(14)进行低恒温抽水分处理，此时电阻炉(1)内的炉温控制在50～80℃，待氯化钙熔盐(14)水分去除后再通过进气管(6)向密封的真空反应器内通入氩气，当氩气在密封的真空反应器内形成正压时再将电阻炉(1)的炉温匀速上升至1000℃，通过测温仪能够测出密封的真空反应器内温度达到950℃以上时，再通过升降杆(8)自动下降两个电极杆(9)，使得所述阴极电极片和所述阳极片进入石墨坩埚(2)内的氯化钙熔盐(14)中进行电解并制备出海绵钛，此时在所述阳极片和所述阴极电极片上通过的电流均控制在50A，而电解过程产生的一氧化碳和二氧化碳以及剩余的氩气通过出气管(10)被排入废气回收罐中，当电解制备海绵钛结束后再通过升降杆(8)自动上升两个电极杆(9)并切断电阻炉(1)电源、切断所述阳极片和所述阴极电极片上通过的电流以及切断氩气供应，使得所述阴极电极片上电解出的海绵钛脱离氯化钙熔盐(14)，与此同时将密封的真空反应器从电阻炉(1)内吊出，并通过所述下接管和所述上接管向环形循环水套(4)和内水套(5)内通入冷却水，当密封的真空反应器冷却到室温时再打开倒凹状上盖(11)并取出被电解的所述阴极电极片，对被电解的所述阴极电极片进行清洗即可得到纯度达99.0%的海绵钛，真空反应器(15)和倒凹状上盖(11)均由304不锈钢制作而成。