EA011903B1 - Способ и устройство для получения металла электролизом солевого расплава - Google Patents

Способ и устройство для получения металла электролизом солевого расплава Download PDF

Info

Publication number
EA011903B1
EA011903B1 EA200700843A EA200700843A EA011903B1 EA 011903 B1 EA011903 B1 EA 011903B1 EA 200700843 A EA200700843 A EA 200700843A EA 200700843 A EA200700843 A EA 200700843A EA 011903 B1 EA011903 B1 EA 011903B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
cathode
metal
space
calcium
inner space
Prior art date
Application number
EA200700843A
Other languages
English (en)
Other versions
EA200700843A1 (ru
Inventor
Масанори Ямагути
Юйти Оно
Сусуму Косемура
Еидзи Нисимура
Тадаси Огасавара
Макото Ямагути
Масахико Хори
Тору Уениси
Original Assignee
Тохо Титаниум Ко., Лтд.
Осака Титаниум Текнолоджиз Ко., Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Тохо Титаниум Ко., Лтд., Осака Титаниум Текнолоджиз Ко., Лтд. filed Critical Тохо Титаниум Ко., Лтд.
Publication of EA200700843A1 publication Critical patent/EA200700843A1/ru
Publication of EA011903B1 publication Critical patent/EA011903B1/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B34/00Obtaining refractory metals
    • C22B34/10Obtaining titanium, zirconium or hafnium
    • C22B34/12Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08
    • C22B34/129Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08 obtaining metallic titanium from titanium compounds by dissociation, e.g. thermic dissociation of titanium tetraiodide, or by electrolysis or with the use of an electric arc
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/02Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of alkali or alkaline earth metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/26Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of titanium, zirconium, hafnium, tantalum or vanadium
    • C25C3/28Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of titanium, zirconium, hafnium, tantalum or vanadium of titanium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/02Electrodes; Connections thereof
    • C25C7/025Electrodes; Connections thereof used in cells for the electrolysis of melts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

Способ получения металла электролизом солевого расплава, осуществляемый с заполнением солевым расплавом хлорида кальция электролизной ванны, снабженной анодом и катодом, характеризующийся тем, что любой один электрод из анода и катода устанавливают так, чтобы он окружал другой электрод, катод снабжен по меньшей мере одним сообщающим отверстием, которое обеспечивает сообщение между окруженным катодом внутренним пространством и внешним пространством, и солевому расплаву дают возможность перетекать из одного пространства, внутреннего или внешнего, на снабженной анодом стороне в другое пространство через сообщающее отверстие.

Description

Область техники
Настоящее изобретение относится к получению металла из его хлорида и, в частности, относится к способу получения металлического кальция электролизом солевого расплава и к способу получения металла, включающему в себя способ получения металлического титана с использованием металлического кальция, а также относится к предназначенному для этого устройству.
Уровень техники
Традиционно металлический титан, который является простым веществом, получают способом Кролла, в котором тетрахлорид титана восстанавливают расплавленным магнием с получением губчатого титана и в него уже внесено много различных усовершенствований для снижения издержек производства. Однако так как способ Кролла является периодическим процессом, в котором периодически повторяется ряд операций, его эффективность ограничена.
С целью устранения этого недостатка были предложены способ, в котором оксид титана восстанавливают металлическим кальцием в солевом расплаве с получением непосредственно металлического титана (см. патентные документы 1 и 2); способ на основе электромагнитного излучения, в котором получают восстановитель, содержащий активный металл, такой как кальций, или активный металлический сплав; и способ, в котором соединение титана восстанавливают электронами, которые отдает восстановитель, с получением металлического титана (см. патентный документ 3). В этих способах оксид кальция, который является побочным продуктом реакции электролиза, растворяется в хлориде кальция, и поэтому проводят электролиз солевого расплава для извлечения и повторного использования металлического кальция. Однако так как металлический кальций, образующийся во время реакции электролиза, находится в жидком состоянии и обладает высокой растворимостью в хлориде кальция, он легко растворяется в хлориде кальция. До настоящего времени не была описана технология извлечения металлического кальция в твердом состоянии.
Кроме того, была описана технология, в которой электролиз солевого расплава проводили при температуре более низкой, чем температура при традиционном электролизе, используя сложный солевой расплав с более низкой температурой плавления, чем у металлического кальция, с осаждением металлического кальция на катоде в твердом состоянии (см. патентный документ 4). Однако при таком способе получения необходимо специально приготавливать сложный солевой расплав, что приводит к значительным затратам.
Кроме того, в любом из описанных выше способов металлический кальций, образующийся при электролизе солевого расплава, имеет тенденцию обратно реагировать с газообразным хлором, образующимся при реакции электролиза, с образованием опять хлорида кальция. В результате этого снижается эффективность производства.
Как поясняется выше, проблема заключается в том, что трудно извлечь столь активный металл, как металлический кальций, и что, если даже такое извлечение возможно, оно требует высоких затрат. В результате повышается себестоимость производства титана.
Список документов.
Патентный документ 1: \УО 99/064638.
Патентный документ 2: публикация нерассмотренной японской патентной заявки № 2003-129268. Патентный документ 3: публикация нерассмотренной японской патентной заявки № 2003-306725. Патентный документ 4: патент США 3226311.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение было создано в связи с вышеупомянутыми обстоятельствами, и целью настоящего изобретения является разработка способа получения металла электролизом солевого расплава, в котором получают металлический кальций, используемый для восстановления, например, оксида или хлорида такого металла, как титан, и в котором может быть получен металлический титан путем эффективного использования этого металлического кальция при низких затратах.
Способ получения металла электролизом солевого расплава по настоящему изобретению представляет собой такой способ получения металла электролизом солевого расплава, который осуществляют путем заполнения солевым расплавом хлорида кальция электролизера (электролизной ванны) с анодом и катодом, один электрод (анод или катод) размещают окружающим другой электрод, катод имеет по меньшей мере одно отверстие, позволяющее сообщаться окруженному катодом внутреннему пространству с внешним пространством, и солевой расплав перетекает через эти сообщающие отверстия из одного пространства с анодом (внутреннего или внешнего пространства) в другое пространство.
Так как по настоящему изобретению один электрод из положительного электрода или катода является окружающим другой электрод, и солевой расплав перетекает из пространства с анодом в другое пространство через расположенные на катоде сообщающие отверстия, металлический кальций, образующийся на поверхности катода при электролизе солевого расплава, всегда перетекает в пространство без анода и выделяется и накапливается на поверхности ванны электролита в этом пространстве. Поэтому может быть исключена обратная реакция с газообразным хлором, образующимся на поверхности анода, и металлический кальций может быть получен с высокой интенсивностью.
Кроме того, устройство для получения металла электролизом солевого расплава представляет собой
- 1 011903 устройство для получения металла электролизом солевого расплава, имеющее анод и катод в электролизере, причем один электрод из катода или анода расположен окружающим другой электрод, катод имеет по меньшей мере одно отверстие, позволяющее сообщаться окруженному катодом внутреннему пространству с внешним пространством; солевой расплав хлорида кальция подается в пространство с анодом, солевой расплав хлорида кальция перетекает в другое пространство через это сообщающее отверстие, и солевой расплав хлорида кальция, содержащий образовавшийся на катоде металлический кальций, отводится из другого пространства.
С помощью такого вышеописанного устройства металлический кальций, образующийся на поверхности катода при электролизе солевого расплава, всегда перетекает в пространство без анода и выделяется и накапливается на поверхности ванны электролита в этом пространстве. Поэтому металлический кальций не реагирует обратно с образующимся на поверхности анода газообразным хлором, и металлический кальций может быть получен с высокой эффективностью.
Кроме того, в способе получения металла электролизом солевого расплава по настоящему изобретению во внутреннем пространстве, в котором образуется металлический кальций при электролизе солевого расплава, устанавливают подающую тетрахлорид титана трубу, и через эту подающую тетрахлорид титана трубу подают тетрахлорид титана в газовой фазе для образования металлического титана.
При таком способе получения, так как тетрахлорид титана подают к металлическому кальцию, образующемуся во внутреннем пространстве в результате электролиза солевого расплава, они реагируют друг с другом с образованием металлического титана. Следовательно, нет необходимости в том, чтобы металлический кальций когда-либо извлекался и направлялся в процесс получения титана, и металлический титан может быть получен в процессе производства металлического кальция.
За счет настоящего изобретения может быть снижена обратная реакция металлического кальция и газообразного хлора, образующегося во время электролиза солевого расплава хлорида кальция, и металлический кальций может быть эффективно получен при низких затратах. Кроме того, путем непосредственной подачи тетрахлорида титана может быть также получен металлический титан.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 приведен схематичный вид в разрезе, иллюстрирующий способ получения металлического кальция электролизом солевого расплава в одном варианте осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2 приведен схематичный вид в разрезе, иллюстрирующий способ получения металлического кальция электролизом солевого расплава в другом варианте осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 3 приведен схематичный вид в разрезе, иллюстрирующий способ получения металлического кальция электролизом солевого расплава в еще одном варианте осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 4 приведен схематичный вид в разрезе, иллюстрирующий способ получения металлического кальция электролизом солевого расплава в еще одном варианте осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 5 приведен схематичный вид в разрезе, иллюстрирующий способ получения металлического кальция электролизом солевого расплава в еще одном варианте осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 6 приведен схематичный вид в разрезе, иллюстрирующий способ получения металлического кальция электролизом солевого расплава и способ производства металлического титана в еще одном варианте осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 7 приведен схематичный вид в разрезе, иллюстрирующий способ получения металлического кальция электролизом солевого расплава и способ получения металлического титана в еще одном варианте осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 8 приведен схематичный вид в разрезе, иллюстрирующий способ получения металлического кальция электролизом солевого расплава и способ получения металлического титана в еще одном варианте осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 9 приведен схематичный вид в разрезе, иллюстрирующий оребренный цилиндрический катод, используемый в настоящем изобретении.
Список ссылочных позиций.
Электролизер
Ванна электролита
Анод
Катод
Металлический кальций
Подающая электролит труба
Отводящая труба
Газообразный хлор
Подающая инертный газ труба
Перемешивающая лопасть
Подающая тетрахлорид титана труба
Тетрахлорид титана
- 2 011903
Предпочтительные варианты осуществления изобретения
Варианты осуществления настоящего изобретения объясняются ниже со ссылкой на чертежи. На чертежах приведены соответствующие примеры конструкции устройства для практической реализации настоящего изобретения. На фиг. 1 приведен схематичный вид в разрезе первого варианта осуществления настоящего изобретения. Позицией 1 обозначен электролизер, и этот электролизер заполняют ванной 2 электролита, состоящей из хлорида кальция (температура плавления 780°С). Ванну 2 электролита нагревают до температуры выше температуры плавления хлорида кальция с помощью нагревателя (не показан) для того, чтобы поддерживать хлорид кальция в расплавленном состоянии. Позицией 3 обозначен анод. Позицией 4 обозначен цилиндрический катод, который расположен окружающим анод 3. На нижней части катода 4 сформировано множество сообщающих отверстий, и солевой расплав может перемещаться между внутренним и внешним пространствами катода. Так как сообщающие отверстия сформированы на нижней части катода, верхняя часть катода может служить в качестве перегородки.
Кроме того, на внутренней части катода 4 установлена подающая электролит труба 6, и через нее непрерывно подают хлорид кальция, который является сырьем при электролизе солевого расплава. Для отвода металлического кальция 5 на верхней и внешней части катода 4 установлена отводящая труба 7.
Начинают электролиз, подсоединяя анод 3 и катод 4 к источнику питания постоянного тока, который не показан, в результате чего на внутренней поверхности катода 4 образуется металлический кальций в расплавленном состоянии. Поскольку солевой расплав непрерывно подается (пополняется) через подающую электролит трубу 6, образовавшийся металлический кальций перетекает из внутреннего пространства катода 4 наружу и выталкивается наружу. Металлический кальций 5, достигающий пространства снаружи катода 4, частично растворяется в ванне электролита и всплывает наверх, образуя выделившийся слой металлического кальция 5.
Расплавленный металлический кальций, который перемещается к внешнему пространству снаружи катода 4 и всплывает вверх, и хлорид кальция, в котором выделяется металлический кальций, непрерывно отводят по отводящей трубе 7. Отводят как расплавленный металлический кальций, так и хлорид кальция с выделившимся металлическим кальцием, и они могут быть использованы, например, в реакции восстановления оксида титана или хлорида титана с использованием солевого расплава.
С другой стороны, на поверхности анода 3 образуется газообразный хлор 8 и выпускается из системы. Этот газообразный хлор может быть использован в реакции хлорирования титановой руды или т.п.
На фиг. 2 приведен схематичный вид в разрезе второго варианта осуществления настоящего изобретения. Позицией 1 обозначен электролизер, и этот электролизер заполняют ванной 2 электролита, состоящей из хлорида кальция (температура плавления 780°С). Ванну 2 электролита нагревают до температуры выше температуры плавления хлорида кальция нагревателем, который не показан, с тем, чтобы поддерживать хлорид кальция в расплавленном состоянии. Позицией 3 обозначен анод, который образует единое целое с электролизером. Позицией 4 обозначен цилиндрический катод, который погружен в центральной части электролизера 1. На нижней части катода 4 сформировано множество сообщающих отверстий, и солевой расплав может перемещаться между внутренним и внешним пространствами катода. Так как сообщающие отверстия сформированы на нижней части катода, верхняя часть катода может служить в качестве перегородки.
Кроме того, на внешней части катода 4 установлена подающая электролит труба 6, и через нее непрерывно подают хлорид кальция, который является сырьем при электролизе солевого расплава. На верхней и внутренней части катода 4 установлена отводящая труба 7 для отвода металлического кальция.
Начинают электролиз, подсоединяя анод 3 и катод 4 к источнику питания постоянного тока, который не показан, в результате чего на внешней поверхности катода 4 образуется металлический кальций в расплавленном состоянии. Поскольку солевой расплав непрерывно подается через подающую электролит трубу 6, образовавшийся металлический кальций перетекает из пространства снаружи катода 4 во внутрь и выталкивается внутрь. Металлический кальций 5, достигающий внутреннего пространства катода 4, частично растворяется в ванне электролита и всплывает, образуя выделившийся слой металлического кальция 5.
Расплавленный металлический кальций, который перемещается к внутреннему пространству катода 4 и всплывает, и хлорид кальция, в котором выделяется металлический кальций, непрерывно отводят по отводящей трубе 7. Отводят как расплавленный металлический кальций, так и хлорид кальция с выделившимся металлическим кальцием, и они могут быть использованы, например, в реакции восстановления оксида титана или хлорида титана с использованием солевого расплава.
С другой стороны, на поверхности анода 3 образуется газообразный хлор 8 и выпускается из системы. Этот газообразный хлор может быть использован в реакции хлорирования титановой руды или т.п.
На фиг. 3 приведен схематичный вид в разрезе третьего предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения. Пояснения позиций 1-8 не приводятся, так как они аналогичны приведенным для фиг. 2. На фиг. 3, отличающейся от случая на фиг. 2, из нижней части внутреннего пространства катода 4 вдувают инертный газ через подающую инертный газ трубу 9. В результате вдувания инертного газа возникает эффект газлифта, и во внутреннем пространстве катода 4 имеет место восходящий поток. В силу этого эффекта происходит перетекание из внешнего пространства во внутреннее пространство. В
- 3 011903 результате, металлический кальций, образовавшийся на поверхности катода 4, может за короткое время быть перемещен во внутрь катода, и могут быть уменьшены потери за счет обратной реакции с газообразным хлором, который образуется во внешнем пространстве катода.
На фиг. 4 приведен схематичный вид в разрезе четвертого предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения. Обозначения позиций 1-8 не приводятся, так как они такие же, как и на фиг. 2. В отличие от вышеприведенных вариантов осуществления, на боковой стенке катода 4 сформировано наклонное сообщающее отверстие, наклоненное в вертикальном направлении, как показано на фиг. 4. Кроме того, как показано на фиг. 9, которая представляет собой схематичный вид в разрезе, на котором катод 4 показан сверху, сообщающие отверстия одинаково отклонены от направления нормали к цилиндрическому электроду также и в горизонтальном направлении. Кроме того, катод 4 устанавливается так, чтобы он мог вращаться. В результате вращения такого катода 4 солевой расплав может быть принудительно перемещен из внешнего пространства катода 4 во внутреннее пространство. В результате, металлический кальций, образовавшийся на внешней поверхности катода 4, может за короткое время быть перемещен во внутреннее пространство катода, и могут быть уменьшены потери за счет обратной реакции с газообразным хлором, который образуется во внешнем пространстве катода.
На фиг. 5 приведен схематичный вид в разрезе пятого предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения. Пояснения позиций 1-8 не приводятся, так как они аналогичны приведенным для фиг. 2. В отличие от вышеприведенных вариантов осуществления в нижней части внутреннего пространства катода 4 установлена перемешивающая лопасть 10. Перемешивающая лопасть может вращаться за счет приводной оси с образованием потока солевого расплава со дна к верхней поверхности. В результате, металлический кальций может за короткое время быть перемещен во внутреннее пространство катода 4, и могут быть уменьшены потери за счет обратной реакции с газообразным хлором, который образуется во внешнем пространстве катода.
Следует отметить, что металлический кальций, образовавшийся на внешней поверхности отрицательного электрода 4, при необходимости может быть эффективно извлечен путем объединения устройств, показанных на фиг. 3-5.
Как было указано выше, так как по настоящему изобретению металлический кальций непрерывно выталкивается из системы сразу же после его образования, может быть предотвращена обратная реакция с газообразным хлором, и может быть эффективно получен металлический кальций. В частности, так как по второму варианту осуществления настоящего изобретения анод и электролизер представляют единое целое, может быть выгодно упрощена конструкция устройства. Кроме того, по третьему, четвертому и пятому вариантам осуществления настоящего изобретения может быть эффективно уменьшена обратная реакция металлического кальция и газообразного хлора.
В процессе электролиза солевого расплава хлорида кальция на аноде образуется газообразный хлор. Поэтому необходимо применение материала, обладающего стойкостью к коррозионному воздействию газообразного хлора и, кроме того, обладающего электропроводностью и не обладающего растворимостью в ванне электролита. В качестве материала с такими свойствами желательным является углерод.
С другой стороны, материал отрицательного электрода никак не ограничен, при условии, что он обладает электропроводностью. Например, могут быть использованы углеродистая сталь, нержавеющая сталь или такой материал, как медь или т.п. С точки зрения процесса изготовления отрицательного электрода, имеющего цилиндрическую форму и сообщающие отверстия, предпочтительным материалом является углеродистая сталь, которую легко обрабатывать.
Необходимо, чтобы ванна электролита, состоящая из хлорида кальция, поддерживалась при температуре, которая не ниже, чем температура плавления металлического кальция (845°С). Если температура будет ниже, чем температура плавления металлического кальция, то металлический кальций будет образовываться в твердом состоянии на внутренней части катода и забивать сообщающие отверстия, что будет препятствовать перетеканию солевого расплава и металлического кальция. С другой стороны, если температура будет значительно выше, чем температура плавления металлического кальция, интенсифицируется испарение ванны электролита и увеличивается растворимость металлического кальция в хлориде кальция. Это нежелательно с точки зрения выхода. Желательным является интервал, не превышающий 100°С свыше температуры плавления металлического кальция.
Температура ванны электролита может регулироваться путем использования нагревающей горелки, погруженной в ванну электролита. Кроме того, желательным было бы, если бы такая горелка выполняла функцию охлаждения, так как температуру можно будет свободно регулировать в заданном интервале. Кроме того, регулирования температуры может быть осуществлено и другими выбранными средствами.
В ванне электролита к хлориду кальция может быть добавлена другая соль. Например, температура плавления ванны электролита может быть понижена за счет добавления хлорида калия. Путем понижения температуры плавления ванны электролита таким путем увеличиваются степени свободы при выборе температуры осуществления электролиза и могут быть уменьшены затраты, требуемые на нагревания. Желательно, чтобы количество хлорида калия, добавляемое к хлориду кальция, составляло в интервале от 20 до 80 мас.%. При добавлении хлорида калия в этом интервале температура плавления ванны электролита может быть понижена до 615-760°С.
- 4 011903
На фиг. 6 приведен схематичный вид в разрезе шестого предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения. Позицией 1 обозначен электролизер, и его заполняют ванной 2 электролита, состоящей из хлорида кальция, и ее нагревают до температуры не ниже, чем температура плавления хлорида кальция, нагревателем, который не показан, чтобы поддерживать в расплавленном состоянии. Позицией 3 обозначен анод, составляющий одно целое с электролизером, а катод 4, имеющий цилиндрическую форму, установлен погруженным в центральной части электролизера 1. Так как верхняя и нижняя части катода 4 являются открытыми, солевой расплав может быть перемещен между внешним пространством и внутренним пространством катода. Кроме того, во внутреннем пространстве катода 4 установлена подающая тетрахлорид титана труба 11.
Электролиз начинают, подсоединяя анод 3 и катод 4 к источнику питания постоянного тока, который не показан, и одновременно добавляют тетрахлорид титана 12 через подающую тетрахлорид титана трубу 11. После начала электролиза на внешней поверхности катода 4 образуется металлический кальций в расплавленном состоянии. Одновременно, так как тетрахлорид титана 12 всплывает в виде пузырьков в ванне 2 электролита, в результате эффекта газлифта в ванне 2 электролита возникает восходящий поток, ванна электролита переливается из внутреннего пространства во внешнее пространство в верхней части катода, а во внешнем пространстве возникает нисходящий поток. Таким образом, в ванне электролита возникает поток вдоль стрелки, показанной на фиг. 6. Образовавшийся при электролизе металлический кальций всплывает во внутреннем пространстве катода и опускается вниз во внешнем пространстве вдоль потока.
Вышеупомянутый восходящий поток металлического кальция, образовавшегося во внутреннем пространстве катода, контактирует и реагирует с пузырьками 12 тетрахлорида титана (Т1С14+2Са^2СаС12+Т1) с образованием металлического титана. Образующийся металлический титан переносится потоком ванны в верхнюю или нижнюю часть ванны электролита с тем, чтобы быть извлеченным устройством извлечения, которое не показано.
Таким образом, при этом варианте осуществления нет необходимости в том, чтобы металлический кальций извлекался и направлялся в процесс получения титана. Образуется металлический кальций, а затем при желании может быть почти одновременно получен металлический титан.
На фиг. 7 приведен схематичный вид в разрезе седьмого предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения. Позицией 1 обозначен электролизер, его заполняют ванной 2 электролита, состоящей из хлорида кальция, и ее нагревают до температуры не ниже, чем температура плавления хлорида кальция, нагревателем, который не показан, чтобы поддерживать в расплавленном состоянии. Позицией 3 обозначен анод, составляющий одно целое с электролизером, а катод 4, имеющий цилиндрическую форму, установлен погруженным в центральной части электролизера 1. Нижняя часть катода 4 является открытой, и на боковой поверхности катода расположено отверстие, позволяющее сообщаться внешней части и внутренней части катода. Эти сообщающие отверстия наклонены вниз к вертикальному направлению. Кроме того, как показано на фиг. 9, сообщающие отверстия катода 4 отклонены от направления нормали к цилиндру 4, установленному с возможностью вращения. В нижней части внутреннего пространства катода 4 установлена подающая тетрахлорид титана труба 11.
Электролиз начинают, подсоединяя анод 3 и катод 4 к источнику питания постоянного тока, который не показан, и одновременно вращают катод 4 и добавляют тетрахлорид титана 12 через подающую тетрахлорид титана трубу 11. После начала электролиза на внешней поверхности катода 4 образуется металлический кальций в расплавленном состоянии. Одновременно, в результате вращения катода 4 ванна электролита перетекает из внешнего пространства катода 4 во внутреннее пространство, и, кроме того, так как возникает нисходящий поток, образующийся металлический кальций собирается во внутреннем пространстве и течет вниз. Так как тетрахлорид титана 12 всплывает в виде пузырьков в ванне электролита и контактирует с этим потоком металлического кальция, они реагируют с образованием металлического титана. Образующийся металлический титан переносится в нижнюю часть ванны электролита потоком ванны с тем, чтобы быть извлеченным устройством извлечения, которое не показано.
Таким образом, в этом варианте осуществления нет необходимости в извлечении металлического кальция и направлении его в процесс получения титана. Образуется металлический кальций, и затем почти одновременно при желании может быть получен металлический титан. Кроме того, так как металлический кальций собирается во внутренней части катода и реагирует с тетрахлоридом титана, может быть заметно уменьшена обратная реакция с газообразным хлором.
На фиг. 8 приведен схематичный вид в разрезе восьмого предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения. Позицией 1 обозначен электролизер, его наполняют ванной 2 электролита, состоящей из хлорида кальция, и ее нагревают до температуры не ниже, чем температура плавления хлорида кальция, нагревателем, который не показан, чтобы поддерживать в расплавленном состоянии. Позицией 3 обозначен анод, составляющий одно целое с электролизером, а катод 4, имеющий цилиндрическую форму, установлен погруженным в центральной части электролизера 1. Нижняя часть катода 4 является открытой, и на боковой поверхности катода расположено отверстие, позволяющее сообщаться внешней части и внутренней части катода. В нижней части внутреннего пространства катода 4 установлена подающая тетрахлорид титана труба 11. Во внутреннем пространстве катода 4 с возможностью
- 5 011903 вращения установлена перемешивающая лопасть 10.
Электролиз начинают, подсоединяя анод 3 и катод 4 к источнику питания постоянного тока, который не показан, и одновременного вращают перемешивающую лопасть 10 и добавляют тетрахлорид титана 12 через подающую тетрахлорид титана трубу 11. После начала электролиза на внешней поверхности катода 4 образуется металлический кальций в расплавленном состоянии. Одновременно, в результате вращения перемешивающей лопасти 10 ванна электролита перетекает из внешнего пространства катода 4 во внутреннее пространство, и, кроме того, так как возникает нисходящий поток, образующийся металлический кальций собирается во внутреннем пространстве и течет вниз. Так как тетрахлорид титана 12 всплывает в виде пузырьков в ванне электролита и контактирует с этим потоком металлического кальция, они реагируют с образованием металлического титана. Образовавшийся металлический титан переносится потоком ванны в нижнюю часть ванны электролита с тем, чтобы быть извлеченным с помощью устройства извлечения, которое не показано.
Таким образом, при этом варианте осуществления также нет необходимости в извлечении металлического кальция, его промывке и направлении в процесс получения титана. Образуется металлический кальций, а затем при желании почти одновременно может быть получен металлический титан. Кроме того, так как металлический кальций собирается во внутренней части катода и реагирует с тетрахлоридом титана, может быть заметно уменьшена обратная реакция с газообразным хлором.
Примеры
Используя электролизер, показанный на фиг. 1, был осуществлен электролиз солевого расплава хлорида кальция. Температура ванны электролита, состоящей из хлорида кальция, поддерживалась на уровне 850±5°С, и температура цилиндрического катода 4 также поддерживалась на уровне 850±5°С, и они специально не охлаждались.
Расплавленный хлорид кальция, который является сырьем, непрерывно подавали во внутрь катода через подающую электролит трубу 6, и одновременно выделившийся слой металлического кальция отводили за пределы системы через отводную трубу, погруженную вне катода. Отведенный из системы металлический кальций использовали в реакции восстановления оксида титана. С другой стороны, образовавшийся на аноде газообразный хлор использовали в реакции хлорирования титановой руды. Металлический кальций получали в количестве, соответствующем 80% от теоретической массы, вычисленной по количеству электричества, пропущенного через катод и анод.
С помощью настоящего изобретения металлический кальций может быть эффективно получен электролизом хлорида кальция. Кроме того, металлический кальций может без извлечения быть использован в производстве металлического титана.

Claims (20)

1. Способ получения металла электролизом солевого расплава, включающий в себя стадию наполнения электролизера с анодом и катодом солевым расплавом хлорида кальция;
при этом катод является цилиндрическим, один из катода или анода расположен окружающим другой электрод, катод имеет по меньшей мере одно отверстие, сквозь которое солевой расплав может сообщаться между окруженным катодом внутренним пространством и внешним пространством, и при этом подачу солевого расплава осуществляют так, что солевой расплав из одного из внутреннего или внешнего пространства с расположенным в нем анодом перетекает в другое пространство через отверстие на катоде.
2. Способ по п.1, в котором катод расположен окружающим анод и имеет по меньшей мере одно отверстие, которое позволяет сообщаться окруженному катодом внутреннему пространству и внешнему пространству.
3. Способ по п.2, в котором во внутреннее пространство подают хлорид кальция.
4. Способ по п.2, в котором солевой расплав, содержащий полученный на катоде металлический кальций, отводят из внешнего пространства.
5. Способ по п.1, в котором корпус электролизера выполнен из углерода и служит анодом, цилиндрический катод в электролизере является полым и имеет по меньшей мере одно отверстие, которое позволяет сообщаться внутреннему пространству катода и внешнему пространству.
6. Способ по п.5, в котором в донную часть внутреннего пространства катода подают инертный газ.
7. Способ по п.1, в котором катод представляет собой оребренный цилиндрический катод, имеющий множество сообщающих отверстий, которые все отклонены на заданный угол от направления нормали к боковой поверхности цилиндра, причем этот оребренный цилиндрический катод приводят во вращение для перетекания солевого расплава из внутреннего пространства во внешнее пространство или из внешнего пространства во внутреннее пространство.
8. Способ по п.5, в котором во внешнее пространство подают хлорид кальция.
9. Способ по п.5, в котором солевой расплав, содержащий полученный на катоде металлический кальций, отводят из внутреннего пространства.
- 6 011903
10. Способ по п.1, в котором металл извлекают в виде смешанного с солевым расплавом материала или извлекают в виде расплавленного материала.
11. Способ по п.1, в котором в солевой расплав хлорида кальция добавлены другие соли из хлорида натрия, хлорида бария и хлорида лития.
12. Способ по п.1, в котором во внутреннем пространстве, в котором в результате электролиза солевого расплава получают металл, расположена подающая тетрахлорид титана труба и при подаче тетрахлорида титана в газообразном состоянии через эту подающую тетрахлорид титана трубу получают металлический титан.
13. Способ по п.12, в котором во внутреннем пространстве вызывают восходящий поток ванны электролита в результате восходящего потока тетрахлорида титана в газообразном состоянии и полученный металл извлекают в ванне электролита.
14. Способ по п.12, в котором катод представляет собой оребренный цилиндрический катод, подающая тетрахлорид титана труба расположена на нижнем конце внутреннего пространства, во внутреннем пространстве вызывают нисходящий поток ванны электролита в результате вращения оребренного цилиндрического катода и тетрахлорид титана подают для контактирования навстречу этому нисходящему потоку с получением металла.
15. Способ по п.12, в котором подающая тетрахлорид титана труба расположена на нижнем конце внутреннего пространства, а во внутреннем пространстве размещена перемешивающая лопасть, при этом во внутреннем пространстве вызывают нисходящий поток ванны электролита в результате вращения этой перемешивающей лопасти, а тетрахлорид титана подают для контактирования с нисходящим потоком с получением металлического титана.
16. Способ по п.1, в котором металлом является кальций или титан.
17. Устройство для получения металла электролизом солевого расплава, содержащее электролизер и анод и катод в этом электролизере;
при этом катод является цилиндрическим, один из катода или анода расположен окружающим другой электрод, причем катод имеет по меньшей мере одно отверстие, которое позволяет сообщаться окруженному катодом внутреннему пространству и внешнему пространству, а также средство для подачи солевого расплава хлорида кальция в первое пространство, внутри которого находится анод, выполненное так, что обеспечивается перетекание солевого расплава хлорида кальция во второе пространство через отверстие на катоде, и средство для отвода солевого расплава хлорида кальция, содержащего полученный на катоде металлический кальций, из второго пространства.
18. Устройство по п.17, в котором катод установлен с возможностью вращения.
19. Устройство по п.17, в котором на нижнем конце внутреннего пространства катода расположена перемешивающая лопасть для того, чтобы обеспечить перетекание солевого расплава из внутреннего пространства во внешнее пространство или из внешнего пространства во внутреннее пространство катода.
20. Устройство по п.17, в котором металлом является металлический кальций или металлический титан.
EA200700843A 2004-10-12 2005-10-05 Способ и устройство для получения металла электролизом солевого расплава EA011903B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004297865A JP4247792B2 (ja) 2004-10-12 2004-10-12 溶融塩電解による金属の製造方法および製造装置
PCT/JP2005/018449 WO2006040978A1 (ja) 2004-10-12 2005-10-05 溶融塩電解による金属の製造方法および製造装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200700843A1 EA200700843A1 (ru) 2007-08-31
EA011903B1 true EA011903B1 (ru) 2009-06-30

Family

ID=36148273

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200700843A EA011903B1 (ru) 2004-10-12 2005-10-05 Способ и устройство для получения металла электролизом солевого расплава

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20080078679A1 (ru)
EP (1) EP1811062A4 (ru)
JP (1) JP4247792B2 (ru)
CN (1) CN101044268A (ru)
AU (1) AU2005293038A1 (ru)
CA (1) CA2582035A1 (ru)
EA (1) EA011903B1 (ru)
NO (1) NO20072241L (ru)
WO (1) WO2006040978A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MD168Z (ru) * 2009-06-04 2010-10-31 Институт Прикладной Физики Академии Наук Молдовы Устройство для гальванического покрытия внутренних поверхностей цилиндрических деталей малого и среднего диаметра

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4193984B2 (ja) * 2003-08-28 2008-12-10 株式会社大阪チタニウムテクノロジーズ 金属製造装置
AU2006240896A1 (en) * 2005-04-25 2006-11-02 Toho Titanium Co., Ltd. Molten salt electrolytic cell and process for producing metal using the same
JP2007063585A (ja) * 2005-08-30 2007-03-15 Sumitomo Titanium Corp 溶融塩電解方法および電解槽並びにそれを用いたTiの製造方法
WO2008038405A1 (fr) * 2006-09-28 2008-04-03 Toho Titanium Co., Ltd. Récipient d'électrolyse de sel fondu pour la fabrication de métal et procédé de fabrication de métal à l'aide de celui-ci
EP2109691B1 (en) * 2007-01-22 2016-07-13 Materials And Electrochemical Research Corporation Metallothermic reduction of in-situ generated titanium chloride
JPWO2008102520A1 (ja) * 2007-02-19 2010-05-27 東邦チタニウム株式会社 溶融塩電解による金属の製造装置およびこれを用いた金属の製造方法
JP5174811B2 (ja) * 2007-05-11 2013-04-03 株式会社エム光・エネルギー開発研究所 オンサイト統合生産工場
JP2009019250A (ja) * 2007-07-13 2009-01-29 Osaka Titanium Technologies Co Ltd 金属製造方法および装置
CN101649472B (zh) * 2008-08-15 2012-06-06 攀钢集团钢铁钒钛股份有限公司 一种制备金属钛的方法
BR112013011941A2 (pt) * 2010-11-18 2016-11-01 Metalysis Ltd método e sistema para reduzir eletroliticamente uma matéria - prima sólida
MY180279A (en) 2010-11-18 2020-11-26 Metalysis Ltd Electrolysis apparatus
CN102517611B (zh) * 2011-12-27 2015-08-26 宁波江丰电子材料股份有限公司 熔盐电解提炼设备及其提炼金属的方法
JP6270446B2 (ja) * 2013-12-06 2018-01-31 東邦チタニウム株式会社 溶融塩電解による金属の製造方法
CN103774180B (zh) * 2014-01-28 2016-03-02 东北大学 一种集氯化-电解为一体的制取金属和合金的装置与方法
CN103898553B (zh) * 2014-03-25 2016-06-22 中国科学院过程工程研究所 一种电积和精炼同步进行生产金属钙的方法
WO2016002377A1 (ja) * 2014-06-30 2016-01-07 東邦チタニウム株式会社 金属の製造方法及び高融点金属の製造方法
CN104668557B (zh) * 2015-02-06 2018-12-28 安徽腾拓新材料科技有限公司 一种金属钙压锭成型设备
JP6524492B2 (ja) * 2015-02-09 2019-06-05 国立大学法人北海道大学 金属バナジウムの製造方法
CN104928721B (zh) * 2015-06-12 2017-09-22 中南大学 一种低价钛氯化物熔盐电解质的制备及精炼装置
CN106835203B (zh) * 2016-12-26 2019-05-31 宝纳资源控股(集团)有限公司 一种熔盐的净化装置及方法
CN107164781A (zh) * 2017-06-05 2017-09-15 攀钢集团研究院有限公司 一种制备超细钛粉的方法
CN107059067A (zh) * 2017-06-05 2017-08-18 攀钢集团研究院有限公司 一种制备超细钛合金粉的方法
CN109881200B (zh) * 2019-04-10 2021-05-11 深圳市铿东科技有限公司 一种碱性蚀刻液再生及其铜回收方法
US20240084468A1 (en) * 2022-09-09 2024-03-14 Phoenix Tailings, Inc. Systems and methods for feeding solid material and a gas into an electrolytic cell

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61186489A (ja) * 1985-02-13 1986-08-20 Hiroshi Ishizuka アルカリ金属または土金属の溶融塩化物電解装置
JP2003306725A (ja) * 2002-04-18 2003-10-31 Foundation For The Promotion Of Industrial Science チタンの製造方法、純金属の製造方法、及び純金属の製造装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES257371A1 (es) * 1959-05-13 1960-11-16 Solvay Procedimiento para la preparaciën de un metal alcalino-terreo por electrëlisis de banos de cloruros fundidos
FR2589169B1 (fr) * 1985-10-25 1990-08-31 Commissariat Energie Atomique Electrolyseur pour l'extraction d'une substance, notamment d'un metal alcalin, d'un bain electrolytique
ITTO970080A1 (it) * 1997-02-04 1998-08-04 Marco Vincenzo Ginatta Procedimento per la produzione elettrolitica di metalli
JP2003129268A (ja) * 2001-10-17 2003-05-08 Katsutoshi Ono 金属チタンの精錬方法及び精錬装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61186489A (ja) * 1985-02-13 1986-08-20 Hiroshi Ishizuka アルカリ金属または土金属の溶融塩化物電解装置
JP2003306725A (ja) * 2002-04-18 2003-10-31 Foundation For The Promotion Of Industrial Science チタンの製造方法、純金属の製造方法、及び純金属の製造装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MD168Z (ru) * 2009-06-04 2010-10-31 Институт Прикладной Физики Академии Наук Молдовы Устройство для гальванического покрытия внутренних поверхностей цилиндрических деталей малого и среднего диаметра

Also Published As

Publication number Publication date
CN101044268A (zh) 2007-09-26
EP1811062A1 (en) 2007-07-25
US20080078679A1 (en) 2008-04-03
WO2006040978A1 (ja) 2006-04-20
AU2005293038A1 (en) 2006-04-20
EP1811062A4 (en) 2009-04-29
NO20072241L (no) 2007-04-30
JP2006111895A (ja) 2006-04-27
JP4247792B2 (ja) 2009-04-02
CA2582035A1 (en) 2006-04-20
EA200700843A1 (ru) 2007-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA011903B1 (ru) Способ и устройство для получения металла электролизом солевого расплава
CN1653210A (zh) 氢助电解法
WO2008004602A1 (fr) Système et procédé d'électrolyse
EP1944392A1 (en) Molten salt electrolyzer for reducing metal, method of electrolyzing the same and process for producing high-melting-point metal with use of reducing metal
JP3718691B2 (ja) チタンの製造方法、純金属の製造方法、及び純金属の製造装置
JP2017128808A (ja) 亜鉛含有廃棄物からの亜鉛の回収方法
JP2007063585A (ja) 溶融塩電解方法および電解槽並びにそれを用いたTiの製造方法
US20090211916A1 (en) Method and apparatus for producing metal by electrolysis of molton salt
JP4395386B2 (ja) Ca源の循環によるTi又はTi合金の製造方法
JP2005068539A5 (ru)
JP7129828B2 (ja) 溶融塩電解方法および、金属マグネシウムの製造方法
JP2009019250A (ja) 金属製造方法および装置
JP4934012B2 (ja) 金属カルシウムの製造方法
JP4190519B2 (ja) 溶融塩電解による金属カルシウムの製造方法および製造装置
WO2006115027A1 (ja) 溶融塩電解槽およびこれを用いた金属の製造方法
JPWO2008102520A1 (ja) 溶融塩電解による金属の製造装置およびこれを用いた金属の製造方法
JP7333223B2 (ja) 溶融塩電解槽、溶融塩固化層の形成方法、金属の製造方法
JP7206160B2 (ja) 溶融塩電解槽及びこれを用いた金属の製造方法。
JPH02259092A (ja) カルシウムの製造方法
JP7515368B2 (ja) 金属マグネシウムの製造方法
JPH0211676B2 (ru)
JP5766492B2 (ja) 溶融塩電解方法
JP5829843B2 (ja) 多結晶シリコンの製造方法及び多結晶シリコンの製造方法に用いられる還元・電解炉
JPS63183189A (ja) 溶融塩電解法
JP2022011141A (ja) 溶融塩電解方法、金属マグネシウムの製造方法及び、塩化マグネシウム供給装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU