一种含钛高炉渣连续化电解制备高纯钛的方法与流程

本发明涉及一种含钛高炉渣连续化电解制备高纯钛的方法，属于电化学冶金领域，具体可实现含钛高炉渣中钛元素的提取，并将其转换为具有较高附加值的高纯钛。

背景技术

我国钛矿资源丰富，然而以二氧化钛形式存在的锐钛矿或金红石却少之又少，绝大多数的钛资源以钒钛磁铁矿的形式存在，其主要分布在我国四川攀枝花、西昌地区以及河北承德等地区。钒钛磁铁矿是一种以fe、v、ti为主并含少量cr、ni、co、ga、sc和pt的复合伴生矿产资源。上世纪六、七十年代，国家在急需钢材的情况下针对攀枝花钒钛磁铁矿开发了一条以“炼铁、提钒”为主的冶炼流程。该流程自提出以后，一直沿用至今。该流程可以提取钒钛磁铁矿中绝大多数的fe和v，然后其中高达50％的钛资源进入到了最终的高炉渣中，形成典型的含钛型高炉渣。含钛高炉渣中以二氧化钛计的钛资源达到了20％以上。然而，因为钛金属与碳、氧、氮、氢等具有很强的结合性，因此从含钛高炉渣中提炼钛元素十分困难。目前，仍然没有一个有效的可以大规模处理含钛高炉渣中钛元素的方法，因此其主要采用堆积的方式处理。

如何提取含钛高炉渣中的钛元素已经成为了一个重要难题。以往的研究经验表明，采用液态金属为阴极，通过熔渣电解的方式可以有效提取其中的钛元素(hjiao,dtian,swang,jzhu,sjiao,directpreparationoftitaniumalloysfromti-bearingblastfurnaceslag,journaloftheelectrochemicalsociety,2017,164(7),d511-d516.)。然而所得钛合金应用范围有限，如果将电解所得钛合金通过精炼得到高纯钛金属，则能极大的提高其应用价值。因此，本发明拟提出一种含钛高炉渣连续化电解制备高纯钛的方法。拟提出的发明包含两个电解槽，一个电解槽是用于含钛高炉渣电解制备钛合金，而另一个电解槽则用于钛合金电解制备高纯钛金属，两个电解槽通过双槽阀门连接。

技术实现要素：

本发明提供一种含钛高炉渣连续化电解制备高纯钛的方法。相对于传统含钛高炉渣中钛元素的提取方法，该方法可以有效提取其中钛元素，并实现高附加值的高纯钛的连续化制备。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种含钛高炉渣连续化电解制备高纯钛的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：打开熔渣电解槽和精炼电解槽的双槽阀门，将熔融金属液置于双电解槽的底部；

步骤二：将熔融含钛高炉渣通过熔渣入口倒入熔渣电解槽中，同时将含钛离子的卤化物熔盐倒入精炼电解槽中，通过控制添加的熔渣和熔盐的质量，使得双槽中金属液的液面相同；

步骤三：将石墨阳极浸入熔融含钛高炉渣中，并以金属液为阳极，采用直流电解工艺进行电解，直至熔渣中二氧化钛浓度低于0.1-1wt％之后，停止电解；

步骤四：将精炼槽中金属阴极浸入熔盐中，采用直流电解工艺，以液态金属为阳极进行电解，直至铜液中的钛浓度低于0.1-2wt％之后，停止电解；

步骤五：关闭双槽阀门，从熔渣出口排出残渣，从熔渣入口加入新的熔渣，开始新一轮的熔渣电解与精炼电解；

步骤六：依次电解至金属液中的硅浓度达到50wt％时，更换新的金属液进行电解。

进一步地，步骤一中，双槽阀门是连接熔渣电解槽和高纯钛精炼槽底部的阀门，可以是高温金属(如：钼、钽、铌)，也可以是石墨或耐高温氧化物制备而成，主要防止铜液向一侧槽中流动；而所选金属液为铜液、锰液、铝液、锡液、铋液、铅液、锑液、锗液、锌液等。

进一步地，步骤二中，熔渣是指高炉冶炼所得含钛高炉渣，或经过人为添加氧化物或氟化物配制而成的含钛渣；而含钛熔盐则指含ticlx、k2tif6或na2tif6的熔融卤化物(nacl、kcl、licl、cscl、cacl2、bacl2、mgcl2、alcl3、naf、kf、lif、csf、caf2、baf2、mgf2、alf3、nai、ki、lii、csi、cai2、bai2、mgi2、ali3、nabr、kbr、libr、csbr、cabr2、babr2、mgbr2、albr3等中的一种或多种混合卤化物)。

进一步地，步骤三中，熔渣电解的温度维持在1300-1700℃之间，阴、阳极电流密度维持在0.01-10a/cm²之间，整个电解过程在氩气等惰性气氛保护下。

进一步地，步骤四中，精炼电解的温度维持在400-1400℃之间，阴、阳极电流密度维持在0.01-10a/cm²之间，所用阴极金属为镍、钛、铁、铬、钒、锆、铪等，整个电解过程在氩气等惰性气氛保护下。

上述含钛高炉渣连续化电解制备高纯钛的方法步骤五中，残渣是指二氧化钛含量低于0.1-1wt％的熔融渣。

进一步地，步骤六中，金属液的排放从金属液出口排出，待排放完之后倒入新的金属液。

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

1)、以含钛高炉渣为原料提炼高纯钛金属，流程简单，高效节能；

2)、从含钛高炉渣的角度，为含钛高炉渣开辟了高附加的利用方式；

3)、从高纯钛金属的角度，其原料成本低廉。

附图说明

图1为实施例1的双电解槽示意图；

其中：1、电极导电杆；2、石墨阳极；3、熔渣入口；4、熔融渣；5、熔渣出口；6、熔融金属；7、熔渣电解槽；8、精炼电解槽；9、电极导电杆；10、金属阴极板；11、熔融电解质；12、熔融金属出口；13、双槽阀门。

具体实施方式

本发明下面将通过具体实施例进行更详细的描述，但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。

实施例1

以液态铜为电解提取含钛高炉渣的液态金属，以高炉冶炼所得含钛高炉渣为熔渣电解槽所用电解质，以ticl2含量为5-10wt％的nacl-kcl共晶盐为精炼槽所用电解质。熔渣电解槽的温度控制在1300-1400℃之间，以石墨为阳极，待熔渣中二氧化钛含量低于0.5wt％时，停止熔渣槽电解。随后，开始精炼槽电解，精炼温度控制在800℃，至铜液中钛元素含量低于1wt％时，停止精炼槽电解。继而关闭双槽阀门，排出熔渣槽中残渣，并加入新的含钛渣继续新一轮电解。电解槽示意图如图1所示。

实施例2

以液态锡为电解提取含钛高炉渣中的液态金属，以高炉冶炼所得含钛高炉渣并添加20wt％的caf2为熔渣电解槽所用电解质，以ticl2含量为5-10wt％的licl-nacl-kcl共晶盐为精炼槽所用电解质。熔渣电解槽的温度控制在1000-1200℃之间，以石墨为阳极，待熔渣中二氧化钛含量低于0.2wt％时，停止熔渣槽电解。随后，开始精炼槽电解，精炼温度控制在600℃，至锡液中钛元素含量低于1wt％时，停止精炼槽电解。继而关闭双槽阀门，排出熔渣槽中残渣，并加入新的含钛渣继续新一轮电解。

实施例3

以液态铋为电解提取含钛高炉渣中的液态金属，以高炉冶炼所得含钛高炉渣并添加30wt％的baf2为熔渣电解槽所用电解质，以k2tif6含量为5-10wt％的naf-kf共晶盐为精炼槽所用电解质。熔渣电解槽的温度控制在1000-1200℃之间，以石墨为阳极，待熔渣中二氧化钛含量低于0.2wt％时，停止熔渣槽电解。随后，开始精炼槽电解，精炼温度控制在900-1000℃，至铋液中钛元素含量低于1wt％时，停止精炼槽电解。继而关闭双槽阀门，排出熔渣槽中残渣，并加入新的含钛渣继续新一轮电解。