CN109055995B - 用于电解提钛的碳氧化物阳极的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于熔盐电解提钛技术领域，具体涉及用于电解提钛的碳氧化物阳极的制备方法。本发明解决的技术问题是现有方法制备的电极在实际电解过程中易产生残阳极。本发明提供了一种用于电解提钛的碳氧化物阳极的制备方法，包括如下步骤：将碳质还原剂与钛氧化物按照碳元素与氧元素的摩尔比为0.7:1‑1.2:1混合均匀，加入粘结剂压制成型，干燥后在搅拌状态下于真空条件下熔炼至物料熔化后，铸锭得到碳氧化物阳极。本发明方法制备得到的碳氧化物可溶阳极密度高，导电性好，电解过程中不产生残阳极，且简单易操作，具有一定的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于熔盐电解提钛技术领域，具体涉及一种用于电解提钛的碳氧化物阳极的制备方法。
背景技术
金属钛具有高比强度、高熔点、耐高温等优异的性能。目前钛已经成为优异的轻质结构材料、新型功能材料和重要的生物医用材料。钛已经被广泛应用于航空航天、军工及化工、船舶、汽车、体育器材、医疗器械、建筑等领域。
目前金属钛的主要生产工艺为Kroll法，Kroll法生产金属钛首先是将二氧化钛通过加碳氯化制取四氯化钛，然后用金属镁通过热还原获得海绵钛，而金属镁则是通过电解氯化镁来获取，电解所得的氯气又用于氯化钛的制取，所以整个生产过程包括氯化镁电解、氧化钛氯化、以及镁热还原三个主要部分，步骤繁琐、能源消耗大，而且核心的镁热还原步骤是间歇式操作，生产效益非常低。
专利文献CN1712571A公开了一种一氧化钛/碳化钛可溶性固溶体阳极电解生产纯钛的方法，该方法以碳和二氧化钛或以碳化钛和二氧化钛为原料，还原二氧化钛制备制得一种具有金属导电性能的固溶体TiO·mTiC，然后用该固溶体作可溶阳极，进行熔盐电解，最后在阴极上可获得金属钛。该方法具有工艺简单、电解过程能连续进行等优点，但是该方法制备的电极在实际电解过程中由于阳极强度低，元素不均匀等原因，导致电极在电解过程中经常脱落，并且会产生残阳极，影响电解的持续进行。
发明内容
本发明要解决的是现有方法制备的电极在实际电解过程中易产生残阳极的技术问题。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是提供了一种用于电解提钛的碳氧化物阳极的制备方法。该方法包括如下步骤：将碳质还原剂与钛氧化物按照碳元素与氧元素的摩尔比为0.7:1-1.2:1混合均匀，加入粘结剂压制成型，干燥后在搅拌状态下于真空条件下熔炼至物料熔化后，铸锭得到碳氧化物阳极。
其中，上述用于电解提钛的碳氧化物阳极的制备方法中，所述钛氧化物为TiO、Ti2O3、Ti3O5、TiO2中的任意一种。
进一步的，所述钛氧化物为TiO2。
其中，上述用于电解提钛的碳氧化物阳极的制备方法中，所述碳质还原剂为单质碳或TiC。
其中，上述用于电解提钛的碳氧化物阳极的制备方法中，所述粘结剂是质量分数为2-5％的聚乙烯醇溶液。
其中，上述用于电解提钛的碳氧化物阳极的制备方法中，所述碳质还原剂与钛氧化物按照碳元素与氧元素的摩尔比为1:1。
其中，上述用于电解提钛的碳氧化物阳极的制备方法中，所述真空条件下熔炼是在2000℃恒温20min后再加热至2300℃以上至物料熔化。
本发明的有益效果是：
本发明方法将电极在搅拌状态下进行高温熔铸，提高了电极的强度，室温下测得碳氧化物可溶阳极的电阻率为1.2×10-6-1.6×10-6Ω.m。本发明方法制备得到的碳氧化物可溶阳极密度高，导电性好，并且利用电磁搅拌使液体物料充分搅拌，达到元素分布均匀的目的，电解过程中不产生残阳极。本发明方法操作简单，省时，且易于控制，具有一定的应用前景。
具体实施方式
现有方法制备得到的可溶阳极为固溶体，利用该固溶体作为可溶阳极在电解过程中容易产生残阳极，影响电解的持续进行。发明人通过试验发现，将电极在搅拌状态下进行高温熔铸得到钛氧化物阳极，由于在搅拌状态下使电极中的元素分布较均匀，并且采用高温熔铸可以提高电极的强度，制备得到的钛氧化物阳极不易产生残阳极，且导电性好。
用于电解提钛的碳氧化物阳极的制备方法，包括如下步骤：将碳质还原剂与钛氧化物按照碳元素与氧元素的摩尔比为0.7:1-1.2:1混合均匀，加入粘结剂压制成型，干燥后在搅拌状态下于真空条件下熔炼至物料熔化后，铸锭得到碳氧化物阳极。
其中，上述用于电解提钛的碳氧化物阳极的制备方法中，所述钛氧化物为TiO、Ti2O3、Ti3O5、TiO2中的任意一种。
作为优选的，从经济性方面考虑，所述钛氧化物为TiO2。
其中，上述用于电解提钛的碳氧化物阳极的制备方法中，所述碳质还原剂为单质碳或TiC。
作为优选的，所述碳质还原剂为单质碳。
其中，上述用于电解提钛的碳氧化物阳极的制备方法中，为了使碳质还原剂和钛氧化物混合后易于压制成型，需加入一定量的粘结剂，所述粘结剂是质量分数为2-5％的聚乙烯醇溶液；所述粘结剂还可以为水或乙醇。
其中，上述用于电解提钛的碳氧化物阳极的制备方法中，所述碳质还原剂与钛氧化物按照碳元素与氧元素的摩尔比为1:1。
本发明中，碳质还原剂与钛氧化物混合压制成型后干燥至水分完全蒸发完后进行熔炼。
上述用于电解提钛的碳氧化物阳极的制备方法中，所述真空条件下熔炼是在2000℃恒温20min后再加热至2300℃以上至物料熔化。本发明中，在搅拌状态下将物料熔炼至熔化后铸锭，通过在熔炼过程中搅拌使物料中的元素分布均匀，避免了由于元素不均匀而引起的残阳极问题。熔炼至2300℃以上使物料熔化形成液体一方面便于铸锭，另一方面在上述温度下熔炼可以提高电极的强度。
本发明中，所述熔炼过程采用真空感应炉进行，只要可以在搅拌的同时在2300℃以上进行加热的设备都可以进行熔炼。
其中，上述用于电解提钛的碳氧化物阳极的制备方法中，将物料熔化后置于模具中铸锭，即得到碳氧化物阳极。
下面将通过具体的实施例对本发明作进一步地详细阐述。
实施例1
将TiO2和石墨按照化学计量比1:2均匀混合，加入质量分数为2％的聚乙烯醇溶液作为粘结剂，在油压机上以10MPa的压力压制成型，成型后将料块在150℃的烘箱中干燥24h，所得物料放入以高纯石墨坩埚为发热体的真空感应炉中抽真空加热，加热至2000℃时恒温20min，继续加大功率，待温度上升至2300℃，物料开始熔化，熔化完毕后，将溶体浇筑至
的石墨坩埚中，冷却后，将物料从石墨坩埚中取出，即得到棒状的碳氧化物可溶阳极。
室温下测得碳氧化物可溶阳极的电阻率为1.6×10-6Ω.m，以其为阳极在氯化物体系中进行电解，电解结束后，阳极均匀溶解，电解槽底部未发现残阳极。
实施例2
将TiO和TiC按照化学计量比1:1均匀混合，加入质量分数为5％的聚乙烯醇溶液作为粘结剂，在油压机上以10MPa的压力压制成型，成型后将料块在150℃的烘箱中干燥24h，所得物料放入以高纯石墨坩埚为发热体的真空感应炉中抽真空加热，加热至2000℃时恒温20min，继续加大功率，待温度上升至2300℃，物料开始熔化，熔化完毕后，将溶体浇筑至
的石墨坩埚中，冷却后，将物料从石墨坩埚中取出，即得到棒状的碳氧化物可溶阳极。
室温下测得碳氧化物可溶阳极的电阻率为1.2×10-6Ω.m，以其为阳极在氯化物体系中进行电解，电解结束后，阳极均匀溶解，电解槽底部未发现残阳极。
实施例3
将TiO2和石墨按照化学计量比1:2.2均匀混合，加入质量分数为2％的聚乙烯醇溶液作为粘结剂，在油压机上以10MPa的压力压制成型，成型后将料块在150℃的烘箱中干燥24h，所得物料放入以高纯石墨坩埚为发热体的真空感应炉中抽真空加热，加热至2000℃时恒温20min，继续加大功率，待温度上升至2300℃，物料开始熔化，熔化完毕后，将溶体浇筑至
的石墨坩埚中，冷却后，将物料从石墨坩埚中取出，即得到棒状的碳氧化物可溶阳极。
室温下测得碳氧化物可溶阳极的电阻率为1.6×10-6Ω.m，以其为阳极在氯化物体系中进行电解，电解结束后，阳极均匀溶解，电解槽底部未发现残阳极。
由实施例1-3可知，本发明方法制备得到的碳氧化物可溶阳极的电阻率为1.2×10-6Ω.m-1.6×10-6Ω.m，电解结束后，阳极均匀溶解，电解槽底部未发现残阳极。
Claims (6)
1.用于电解提钛的碳氧化物阳极的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将碳质还原剂与钛氧化物按照碳元素与氧元素的摩尔比为0.7:1-1.2:1混合均匀，加入粘结剂压制成型，干燥后在搅拌状态下于真空条件下熔炼至物料熔化后，铸锭得到碳氧化物阳极；所述真空条件下熔炼是在真空感应炉于2000℃恒温20min后再加热至2300℃以上至物料熔化。
2.根据权利要求1所述的用于电解提钛的碳氧化物阳极的制备方法，其特征在于：所述钛氧化物为TiO、Ti2O3、Ti3O5、TiO2中的任意一种。
3.根据权利要求1或2所述的用于电解提钛的碳氧化物阳极的制备方法，其特征在于：所述钛氧化物为TiO2。
4.根据权利要求1所述的用于电解提钛的碳氧化物阳极的制备方法，其特征在于：所述碳质还原剂为单质碳或TiC。
5.根据权利要求1所述的用于电解提钛的碳氧化物阳极的制备方法，其特征在于：所述粘结剂是质量分数为2-5％的聚乙烯醇溶液。
6.根据权利要求1所述的用于电解提钛的碳氧化物阳极的制备方法，其特征在于：所述碳质还原剂与钛氧化物按照碳元素与氧元素的摩尔比为1:1。
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