專利名稱：一種從熔鹽電解所得陰極產(chǎn)物中提純金屬鈦的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從熔鹽電解所得陰極產(chǎn)物中提純金屬鈦的方法。
背景技術(shù)：
鈦及鈦制品具有優(yōu)異的性能，廣泛應(yīng)用于航天航空、醫(yī)療等行業(yè)。為降低鈦的生產(chǎn)成本，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，科研機(jī)構(gòu)致力于研發(fā)熔鹽電解工藝以取代鎂還原工藝，形成了 FFC、MER、USTB法等一系列新工藝。CN101914788A公開了一種制備金屬鈦的方法，該方法將含鈦原料配入過量的含碳還原劑生成碳化鈦或者在配入過量含碳還原劑的同時(shí)通入氮?dú)馍傻伝蛱嫉?，以碳化鈦、氮化鈦或碳氮化鈦?zhàn)鳛榭扇荜枠O，以金屬材料作為陰極，以鈦鹵化物和堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物為電解質(zhì)，進(jìn)行電解，以獲得金屬鈦粉。電解后陰極產(chǎn)物為鈦、鈦鹵化物以及堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物的混合物，通常采用酸溶液洗滌、水洗方式除去其中的鈦鹵化物和堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物，從而獲得鈦粉。然而采用該方法獲得的鈦粉中O、H含量超標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述問題，本發(fā)明提供一種從熔鹽電解所得陰極產(chǎn)物中提純金屬鈦的方法，該方法能夠有效防止傳統(tǒng)洗滌過程中鈦粉的O、H污染。本發(fā)明的發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，通過在水洗前將所述電解后陰極產(chǎn)物與能夠溶解鈦鹵化物，但不溶解金屬鈦的有機(jī)溶劑接觸，能夠在不降低鈦粉回收率的情況下解決鈦粉中0、H含量超標(biāo)的問題。本發(fā)明提供了一種從熔鹽電解所得陰極產(chǎn)物中提純金屬鈦的方法，所述熔鹽電解所得陰極產(chǎn)物含有金屬鈦、鈦鹵化物以及堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物，其特征在于，該方法包括以下步驟:(1)將所述熔鹽電解所得陰極產(chǎn)物與有機(jī)溶劑進(jìn)行第一接觸后過濾，所述有機(jī)溶劑能夠溶解鈦鹵化物，但不溶解金屬鈦；(2)將步驟(I)過濾得到的固體與含水液體進(jìn)行第二接觸后過濾，所述含水液體至少能夠溶解堿金屬鹵化物和堿土金屬鹵化物但不溶解金屬鈦；(3)將步驟(2)過濾得到的固體用水進(jìn)行洗滌。本發(fā)明提供的從熔鹽電解所得陰極產(chǎn)物中提純金屬鈦的方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過用有機(jī)溶劑浸出鈦齒化物，防止了鈦齒化物在水洗過程中的水解，從而降低了鈦粉中
0、H含量，提高了鈦粉質(zhì)量。此外，通過將步驟(I)所得濾液進(jìn)行蒸餾，還能回收有機(jī)溶劑。通過將步驟(2)所得濾液進(jìn)行結(jié)晶，還能回收堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物，節(jié)能減排，提高了經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式
部分予以詳細(xì)說明。


圖1為本發(fā)明提供的提純金屬鈦的方法的一種實(shí)施方式的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式
僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。本發(fā)明提供一種從熔鹽電解所得陰極產(chǎn)物中提純金屬鈦的方法，主要是將陰極產(chǎn)物中的鈦鹵化物用有機(jī)溶劑溶解，與金屬鈦分離，防止回收金屬鈦過程中鈦鹵化物水解造成回收的金屬鈦粉中O、H含量超標(biāo)。本發(fā)明提供的方法可以適用于現(xiàn)有各種熔鹽電解工藝獲得的陰極產(chǎn)物，一般情況下，所述陰極產(chǎn)物中，以陰極產(chǎn)物的總量為基準(zhǔn)，所述金屬鈦的含量為10-20重量％，鈦鹵化物的含量為3-5重量％，堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物的含量為75-87重量％。本發(fā)明中，堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物的含量是指堿金屬和堿土金屬鹵化物的總含量。根據(jù)本發(fā)明的方法，所述陰極產(chǎn)物中所含的堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物的種類由熔鹽電解工藝決定，一般可以為堿金屬氯化物和/或堿土金屬氯化物，常用的為NaCl和KCl ;鈦鹵化物一般為 鈦氯化物，主要為二氯化鈦和/或三氯化鈦，其與NaCl和KCl一起組成熔鹽電解質(zhì)，如KCl-NaCl-TiCl2熔鹽和KCl-NaCl_TiCl2-TiCl3熔鹽。本發(fā)明以KCl-NaCl-TiCl2-TiCl3熔鹽電解質(zhì)電解所得陰極產(chǎn)物為例，進(jìn)行說明解釋本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明的方法，所述有機(jī)溶劑只要為能夠溶解鈦鹵化物，但不溶解金屬鈦的有機(jī)溶劑，均可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，但為了在提純金屬鈦的同時(shí)進(jìn)一步提高堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物的回收率，本發(fā)明優(yōu)選能夠溶解鈦鹵化物，但不溶解金屬鈦且微溶或難溶堿金屬齒化物和/或堿土金屬齒化物的有機(jī)溶劑。本發(fā)明中，微溶或難溶堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物的有機(jī)溶劑是指在相應(yīng)接觸條件下堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物的溶解度小于或等于I克的有機(jī)溶劑，例如可以為碳原子數(shù)為1-4的一元飽和醇，優(yōu)選甲醇、乙醇和丙醇中的一種或多種。從經(jīng)濟(jì)成本考慮，結(jié)合目前的市場價(jià)格，進(jìn)一步優(yōu)選甲醇。另外，本發(fā)明優(yōu)選純度為分析純的有機(jī)溶劑，這樣減少由有機(jī)溶劑而引入的雜質(zhì)，盡可能不影響金屬鈦的純度。根據(jù)本發(fā)明的方法，所述有機(jī)溶劑的用量可以在較寬范圍內(nèi)選擇，只要能夠使熔鹽電解所得陰極產(chǎn)物中的鈦鹵化物充分溶解即可，優(yōu)選熔鹽電解所得陰極產(chǎn)物與有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為1: 8-10。在此范圍內(nèi)，一方面鈦鹵化物能夠盡可能被完全浸出，另一方面也節(jié)約有機(jī)溶劑用量。本發(fā)明中，能夠溶解與不溶解是相對(duì)的概念，將相應(yīng)接觸條件下溶解度大于10克稱為能夠溶解，將相應(yīng)接觸條件下溶解度小于0.001克稱為不溶解。根據(jù)本發(fā)明的方法，所述第一接觸反應(yīng)的溫度和時(shí)間沒有特別的限制。第一接觸溫度可以為隨季節(jié)變化的環(huán)境溫度，第一接觸時(shí)間只要使有機(jī)溶劑盡可能全部浸出鈦鹵化物，在保證金屬鈦提純效果的同時(shí)，兼顧提純方法的效率。因此，優(yōu)選第一接觸溫度為10-40°C，第一接觸時(shí)間為30-60min。 根據(jù)本發(fā)明的方法，優(yōu)選第二接觸中不含或基本不含鈦鹵化物的固體陰極產(chǎn)物與含水液體的重量比為1: 6-8。在此范圍內(nèi)，能夠使堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物盡可能充分的溶解，通過過濾達(dá)到與金屬鈦分離的目的，另一方面也節(jié)約含水液體的用量。本發(fā)明中，所述含水液體至少能夠溶解堿金屬鹵化物和堿土金屬鹵化物但不溶解金屬鈦是指在保證所述含水液體能夠溶解堿金屬齒化物和堿土金屬齒化物但不溶解金屬鈦的情況下，當(dāng)所述熔鹽電解所得陰極產(chǎn)物或者步驟(I)過濾所得固體還含有其他雜質(zhì)時(shí)，所述含水液體優(yōu)選還能溶解該其他雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的方法，所述第二接觸溫度優(yōu)選為50_60°C，接觸時(shí)間優(yōu)選為20-45min，在此溫度和時(shí)間范圍內(nèi)，可以使堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物充分溶解，在達(dá)到溶解度最大的同時(shí)，兼顧提純方法的效率。步驟(3)將步驟(2)過濾所得的固體用水洗滌，雖然用水的量越大洗滌的越徹底，但考慮到節(jié)能環(huán)保的要求，使洗滌用水量盡可能全部溶解步驟(2)過濾所得的固體中少量的堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物即可；根據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)水與步驟(2)過濾所得的固體的重量比為2-4: I時(shí)，可得到不含堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物的金屬鈦。根據(jù)本發(fā)明的方法，所述含水液體可以為水，也可以為堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物的不飽和水溶液。當(dāng)步驟(2)所得濾液為堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物的不飽和水溶液時(shí)，步驟(2)所得濾液可以作為所述含水液體。步驟(2)所得濾液是堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物的溶液，當(dāng)步驟(2)所得濾液中堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物的濃度較高時(shí)，可以通過降溫至低于第二接觸溫度進(jìn)行冷卻結(jié)晶，使其中的堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物析出，然后通過過濾回收其中的堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物，回收的堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物可以循環(huán)用于熔鹽電解，而過濾后的濾液在溫度升高的第二接觸過程中仍為不飽和水溶液，可以單獨(dú)或與水或步驟(3)得到的洗滌液一起繼續(xù)作為第二接觸過程中的含水液體使用。根據(jù)本發(fā)明的方法，在提純鈦的同時(shí)，為了節(jié)能減排，提高經(jīng)濟(jì)效益，還對(duì)第一接觸過濾后的濾液進(jìn)行處理回收。一般可以通過將第一接觸后的濾液進(jìn)行蒸懼或蒸發(fā)回收有機(jī)溶劑。回收的有機(jī)溶劑可以循環(huán)用于第一接觸。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，本發(fā)明提供的提純金屬鈦的方法可以采用圖1所示的工藝流程進(jìn)行。如圖1所示，將熔鹽電解陰極產(chǎn)物與有機(jī)溶劑進(jìn)行第一接觸后過濾，得到的濾液進(jìn)行蒸餾，以回收有機(jī)溶劑，回收的有機(jī)溶劑可以循環(huán)用于第一接觸；得到的固體則與含水液體進(jìn)行第二接觸后過濾，得到的固體用水洗滌，得到洗滌液和金屬鈦，洗滌液循環(huán)用作所述含水液體，過濾得到的濾液判斷是否為所述陰極電解產(chǎn)物中所含的堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物的飽和水溶液，如果不是，則返回用作所述含水液體，如果是，則進(jìn)行降溫結(jié)晶，結(jié)晶后的晶體循環(huán)用于熔鹽電解，液體則繼續(xù)用作所述含水液體。整個(gè)工藝過程中，上述循環(huán)回用的液體不能滿足所述含水液體的用量時(shí)，均以去離子水補(bǔ)足。以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式
僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。以下實(shí)施例中，金屬鈦粉中O、H含量采用TCH600氧氮?dú)浞治鰞x測得。

金屬鈦回收率通過下面的公式計(jì)算:金屬鈦回收率=回收金屬鈦質(zhì)量/陰極產(chǎn)物中金屬鈦質(zhì)量X 100%。
對(duì)比例I熔鹽電解所得陰極產(chǎn)物(15wt%鈦，4.5wt% TiClx，2彡X彡3，80.5wt% KCl和NaCl, KCl和NaCl的重量比為1:1)用0.5重量％鹽酸按重量比為1: 6在室溫下進(jìn)行洗滌，然后過濾干燥，得到金屬鈦。處理I噸陰極產(chǎn)物后所得結(jié)果如表I所示。實(shí)施例1按照?qǐng)D1所示的工藝流程，將分析純甲醇(市售)和熔鹽電解所得陰極產(chǎn)物(來源與對(duì)比例I相同)按重量比為1: 10在10°C下進(jìn)行第一接觸30min后過濾，所得濾液蒸餾回收甲醇；過濾所得固體與含水液體以重量比為1: 6在50°C進(jìn)行第二接觸30min后過濾，該過濾后所得液體循環(huán)用作所述含水液體，所得固體與水按重量比1: 2進(jìn)行洗滌，得到金屬鈦和洗滌液，洗滌液循環(huán)用作所述含水液體。工藝啟動(dòng)時(shí)，使用去離子水作為所述含水液體，工藝穩(wěn)定運(yùn)行后使用第二接觸后過濾所得的液體和洗滌液作為所述含水液體，且及時(shí)檢測第二接觸后過濾所得的液體中KCl和NaCl的濃度，當(dāng)KCl濃度達(dá)到飽和，將該過濾所得的液體冷卻至5°C進(jìn)行冷卻結(jié)晶，之后過濾。處理I噸陰極產(chǎn)物后所得結(jié)果如表I所示。實(shí)施例2按照?qǐng)D1所示的工藝流程，將分析純甲醇(市售)和陰極產(chǎn)物(10Wt%鈦，4.5wt%TiClx，2彡X彡3，85.5wt% KCl和NaCl，KCl和NaCl的重量比為I: I)按重量比為I: 8在25°C下進(jìn)行第一接觸40min后過濾，所得濾液蒸餾后回收甲醇；過濾所得固體與含水液體以重量比為1: 7在55°C進(jìn)行第二接觸45min后過濾，該過濾后所得液體循環(huán)用作所述含水液體，所得固體與水按重量比1: 3進(jìn)行洗滌，得到金屬鈦和洗滌液，洗滌液循環(huán)用作所述含水液體。工藝啟動(dòng)時(shí)，使用去離子水作為所述含水液體，工藝穩(wěn)定運(yùn)行后使用第二接觸后過濾所得的液體和洗滌液作為所述含水液體，且及時(shí)檢測第二接觸后過濾所得的液體中KCl和NaCl的濃度，當(dāng)KCl濃度達(dá)到飽和，將該過濾所得的液體冷卻至10°C進(jìn)行冷卻結(jié)晶，之后過濾。處理I噸陰極產(chǎn) 物后所得結(jié)果如表I所示。實(shí)施例3按照?qǐng)D1所示的工藝流程，將分析純乙醇(市售)和陰極產(chǎn)物(20wt%鈦，3.5wt%TiClx，2彡X彡3，76.5wt% KCl和NaCl，KCl和NaCl的重量比為I: I)按重量比為I: 9在40°C下進(jìn)行第一接觸60min后過濾，所得濾液蒸餾后回收乙醇；過濾所得固體與含水液體以重量比為1: 8在60°C進(jìn)行第二接觸20min后過濾，該過濾后所得液體循環(huán)用作所述含水液體，所得固體與水按重量比1: 4進(jìn)行洗滌，得到金屬鈦和洗滌液，洗滌液循環(huán)用作所述含水液體。工藝啟動(dòng)時(shí)，使用去離子水作為所述含水液體，工藝穩(wěn)定運(yùn)行后使用第二接觸后過濾所得的液體和洗滌液作為所述含水液體，且及時(shí)檢測第二接觸后過濾所得的液體中KCl和NaCl的濃度，當(dāng)KCl濃度達(dá)到飽和，將該過濾所得的液體冷卻至15°C進(jìn)行冷卻結(jié)晶，之后過濾。處理I噸陰極產(chǎn)物后所得結(jié)果如表I所示。表I
權(quán)利要求
1.一種從熔鹽電解所得陰極產(chǎn)物中提純金屬鈦的方法，所述熔鹽電解所得陰極產(chǎn)物含有金屬鈦、鈦鹵化物以及堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)將所述熔鹽電解所得陰極產(chǎn)物與有機(jī)溶劑進(jìn)行第一接觸后過濾，所述有機(jī)溶劑能夠溶解鈦齒化物，但不溶解金屬鈦； (2)將步驟(I)過濾得到的固體與含水液體進(jìn)行第二接觸后過濾，所述含水液體至少能夠溶解堿金屬鹵化物和堿土金屬鹵化物但不溶解金屬鈦； (3)將步驟(2)過濾得到的固體用去離子水進(jìn)行洗滌。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，以所述陰極產(chǎn)物的總量為基準(zhǔn)，所述金屬鈦的含量為10-20重量％，鈦鹵化物的含量為3-5重量％，堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物的含量為75-87重量％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物為堿金屬氯化物和/或堿土金屬氯化物，優(yōu)選氯化鉀和氯化鈉，鈦齒化物為鈦氯化物，優(yōu)選二氯化鈦和/或三氯化鈦。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述有機(jī)溶劑為碳原子數(shù)為1-4的一元飽和醇，優(yōu)選甲醇、乙醇、丙醇中的一種或多種，進(jìn)一步優(yōu)選甲醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其中，步驟(I)中，所述熔鹽電解所得陰極產(chǎn)物與有機(jī)溶劑的重量比為1: 8-10。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一接觸的溫度為10-40°C，時(shí)間為30_60mino
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟(2)中，步驟(I)過濾得到的固體與含水液體的重量比為1: 6-8。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的方法，其中，所述第二接觸的溫度為50-60°C，時(shí)間為20_45mino
9.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的方法，其中，所述含水液體為水或堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物的不飽和水溶液。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述含水液體為步驟(2)所得濾液和/或步驟(3)所得洗滌液。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，當(dāng)步驟(2)所得濾液為飽和溶液時(shí)，該方法還包括將該濾液進(jìn)行冷卻結(jié)晶，并將冷卻結(jié)晶所得晶體用于熔鹽電解，冷卻結(jié)晶后的母液用作所述含水液體。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該方法還包括將第一接觸后的濾液進(jìn)行蒸餾回收有機(jī)溶劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種從熔鹽電解所得陰極產(chǎn)物中提純金屬鈦的方法，所述熔鹽電解所得陰極產(chǎn)物含有金屬鈦、鈦鹵化物以及堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)將所述熔鹽電解所得陰極產(chǎn)物與有機(jī)溶劑進(jìn)行第一接觸后過濾，所述有機(jī)溶劑能夠溶解鈦鹵化物，但不溶解金屬鈦；(2)將步驟(1)過濾得到的固體與含水液體進(jìn)行第二接觸后過濾，所述含水液體至少能夠溶解堿金屬鹵化物和堿土金屬鹵化物但不溶解金屬鈦；(3)將步驟(2)過濾得到的固體用去離子水進(jìn)行洗滌。本發(fā)明的方法能夠有效防止傳統(tǒng)洗滌過程帶來的鈦粉中的O、H污染，并且能夠有效回收有機(jī)溶劑和堿金屬鹵化物和/或堿土金屬鹵化物。
文檔編號(hào)C25C3/28GK103088370SQ201110349699
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者朱福興, 周玉昌, 穆天柱, 鄧斌, 閆蓓蕾, 趙三超 申請(qǐng)人:攀鋼集團(tuán)研究院有限公司, 攀鋼集團(tuán)有限公司