способ получения металлического титана электролизом

Формула изобретения

Способ получения металлического титана электролизом, включающий электролитическое восстановление титана из фторидной соли, отличающийся тем, что в качестве фторидной соли используют трифторид титана ТiF₃ или гексафторотитанат триаммония (NH₄ )₃TiF₆, a электролитическое восстановление проводят в расплаве, представляющем собой смесь фторидов LiF, KF и NaF, в соотношении, мас.%:

LiF	29,21
KF	59,09
NaF	11,7

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к получению металлического титана электролизом из его фторидных и фтораммонийных солей, в частности TiF₃, (NH₄)₃TiF₆ в расплаве FLiNaK (LiF 29,21 мас.%, KF 59,09 мас.%, NaF 11,7 мас.%), и может быть использовано в металлургии и химической промышленности.

Известно два способа получения металлического титана, применяемых в промышленности. Метод Хантера заключается в восстановлении тетрахлорида титана металлическим натрием. Метод Кроля заключается в восстановлении тетрахлорида титана металлическим магнием [Металлургия редких металлов. Зеликман А.Н., Коршунов Б.Г.: Учебник для вузов. 2-е изд., переработанное и дополненное. - М.: Металлургия. 1991. 432 с].

Эти методы отличаются сложностью проведения операций, требуют использования дорогостоящих высококачественных восстановителей - магния и натрия, что предопределяет осуществление дополнительных операций по их восстановлению и очистке для повторного использования. Это ведет к усложнению и удорожанию производства получения металлического титана. Кроме того, металл получается в виде губки, дальнейшая ее переработка также сложна.

Известен способ [Патент РФ № 2298589. Опубликован: 10.05.2007] (способ-прототип), включающий получение вещества, выбранного из ряда: бор, фосфор, кремний и редкие тугоплавкие металлы, осуществляющий взаимодействие оксида вещества с галогеном-окислителем с образованием газообразного галогенида, выделение галогенида из газовой смеси и последующее восстановление вещества из выделенного галогенида, в данном случае фторида, электролитическим способом в расплаве в низкоплавкой эвтектике фторидных солей LiF-KF-NaF.

По этому способу в качестве галогенида применяется газообразный F ₂ и с помощью него синтезируются фториды с максимальными степенями окисления. Восстановление фторидов электролизом из максимальной степени окисления - весьма энергозатратная операция. Недостатком способа является проблема насыщения расплавов газообразным TiF₄, следствием из этого является нахождение электролизера под избыточным давлением.

Задачей изобретения является получение металлического титана из его фторидных и фтораммонийных солей методом электролиза в расплаве.

Достижение положительного эффекта заключается в использовании в качестве сырья трехвалентных фторидных соединений титана.

Поставленная задача решается тем, что в качестве фторидной соли используют трифторид титана TiF₃ или гексафторотитанат триаммония (NH₄)₃TiF₆, а электролитическое восстановление проводят в расплаве FLiNaK, представляющем собой смесь фторидов LiF (29,21 мас.%), KF (59,09 мас.%), NaF (11,7 мас.%).

Пример 1: Готовим смесь состава 1:5 (NH ₄)₃TiF₆:FLiNaK (LiF 29,21 мас.%, KF 59,09 мас.%, NaF 11,7 мас.%) в пересчете на металлический титан, это составляет 3,7 мас.% Смесь переносим в стеклоуглеродный тигель, который является анодом. Катодом является никелевый стержень. Тигель нагреваем до 630-670°С в среде аргона и выдерживаем в течение 1,5 часов для удаления фторида аммония, вытесненного из (NH₄)₃TiF₆ фторидами щелочных металлов. Через 1,5 часа на электроды подаем постоянное напряжение - 2,5 В. Температуру поддерживаем 630-670°С. Процесс длится 2 часа. Среднее значение плотности тока составляет 0,3 А/см ². Полученный осадок составляет 13,5 мас.% от исходного количества смеси (NH₄)₃TiF₆ и FLiNaK. Содержание титана составляет 27,0 мас.%, что свидетельствует о том, что в катодный осадок перешло 3,64 мас.% по металлическому титану. Соответственно, выход по титану составляет 98,5 мас.%.

Пример 2: Отличается от примера 1 тем, что напряжение на электродах - 2,3 В. Среднее значение плотности тока составляет 0,12 А/см². Полученный осадок составляет 10,6 мас.% от исходного содержания. Содержание титана составляет 24,3 мас.%, что свидетельствует о том, что в катодный осадок перешло 2,58 мас.% по металлическому титану. Соответственно, выход по титану составляет 69,7 мас.%.

Данный способ позволяет получить металлический титан из его фтористых солей с высокой степенью чистоты и с наименьшими затратами энергии, что не достижимо существующими способами. Полученный данным способом металлический титан представляет собой дисперсный порошок, который может быть использован в порошковой металлургии.