利用钛精矿制备金属钛、金属铁的方法

本发明属于电化学冶金，具体涉及利用钛精矿制备金属钛、金属铁的方法。

背景技术：

1、金属钛被誉为“太空金属”、“未来金属”，钛资源在地球上的储量极其丰富，其地壳丰度为0.61％，主要以钛铁矿、金红石等多金属共生矿或金属氧化物的形式存在，广布于地壳及岩石圈之中。

2、海绵钛的提取方法普遍采用金属热还原工艺，随着英国迪赛德公司在1993年关闭后，基于钠热还原的hunter法已被淘汰，现在仅有kroll法被世界各国广泛使用，该工艺采用金属镁作为还原剂还原四氯化钛。但该工艺也长期受流程长、工艺复杂、能耗大、难以连续化生产等一系列问题困扰，开发提钛新工艺一直是我国冶金工作者的研究热点。

3、虽然目前提钛新工艺不断出现，例如英国剑桥大学的ffc法、日本京都大学的os法等。但没有将提钛与提铁相结合的提取工艺，同时因为效率低、成本高，难以产业化。

技术实现思路

1、有鉴于此，一些实施例公开了利用钛精矿制备金属钛、金属铁的方法，包括步骤：

2、s1、钛精矿在还原性气氛中转化为铁钛碳氮氧固溶体；

3、s2、以铁钛碳氮氧固溶体为第一阳极、惰性电极为第一阴极，与共晶盐电解质组成第一电解体系；

4、s3、第一电解体系电解，第一阳极部分溶解，在第一阴极上得到金属铁；

5、s4、以第一阳极的剩余部分为第二阳极、惰性电极为第二阴极，与共晶盐电解质组成第二电解体系；

6、s5、第二电解体系电解，在第二阴极上得到金属钛。

7、进一步，一些实施例公开的利用钛精矿制备金属钛、金属铁的方法，还原性气氛为包含有甲烷或氨气的混合气。

8、一些实施例公开的利用钛精矿制备金属钛、金属铁的方法，共晶盐电解质为nacl、kcl、licl、cscl、cacl2、naf、kf、lif中的至少两种盐组成的熔盐电解质。

9、一些实施例公开的利用钛精矿制备金属钛、金属铁的方法，第一电解体系的共晶盐电解质与第二电解体系的共晶盐电解质相同。

10、一些实施例公开的利用钛精矿制备金属钛、金属铁的方法，惰性电极为金属钼、钨、钛、不锈钢或氧化锡电极。

11、一些实施例公开的利用钛精矿制备金属钛、金属铁的方法，第一阴极与第二阴极相同。

12、一些实施例公开的利用钛精矿制备金属钛、金属铁的方法，钛碳氮氧固溶体、所述第一阴极、所述第二阴极设置在同一共晶盐电解质中。

13、一些实施例公开的利用钛精矿制备金属钛、金属铁的方法，步骤s1包括：

14、s11、钛精矿粉末设置在反应容器中，反应容器设置在反应炉中，在氩气保护下升温至还原温度；

15、s12、通入富氢气体进行还原反应，得到铁钛碳氮氧固溶体。

16、一些实施例公开的利用钛精矿制备金属钛、金属铁的方法，钛精矿的还原温度为1200～1500℃，还原反应时间为4～10小时。

17、一些实施例公开的利用钛精矿制备金属钛、金属铁的方法，步骤s3中第一电解体系的电解电压为1.4～1.8v，电解时间为4～10小时；步骤s4中，第二电解体系的电解电压为2～3.5v，第电解时间为6～12小时。

18、本发明实施例公开的利用钛精矿制备金属钛、金属铁的方法，先将钛精矿转化为铁钛碳氮氧固溶体，然后利用两次熔盐电解过程分别得到金属铁和金属钛，实现了从钛精矿中短流程提取分离金属铁、金属钛的工艺；工艺流程短、能耗低效率高，能够连续进行，在钛精矿冶炼工业生产领域有良好应用前景。

技术特征：

1.利用钛精矿制备金属钛、金属铁的方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的利用钛精矿制备金属钛、金属铁的方法，其特征在于，所述还原性气氛为包含有甲烷或氨气的混合气。

3.根据权利要求1所述的利用钛精矿制备金属钛、金属铁的方法，其特征在于，所述共晶盐电解质为nacl、kcl、licl、cscl、cacl2、naf、kf、lif中的至少两种盐组成的熔盐电解质。

4.根据权利要求1所述的利用钛精矿制备金属钛、金属铁的方法，其特征在于，第一电解体系的共晶盐电解质与第二电解体系的共晶盐电解质相同。

5.根据权利要求1所述的利用钛精矿制备金属钛、金属铁的方法，其特征在于：惰性电极为金属钼、钨、钛、不锈钢或氧化锡电极。

6.根据权利要求1所述的利用钛精矿制备金属钛、金属铁的方法，其特征在于，第一阴极与第二阴极相同。

7.根据权利要求1所述的利用钛精矿制备金属钛、金属铁的方法，其特征在于，所述钛碳氮氧固溶体、所述第一阴极、所述第二阴极设置在同一共晶盐电解质中。

8.根据权利要求1所述的利用钛精矿制备金属钛、金属铁的方法，其特征在于，步骤s1包括：

9.根据权利要求8所述的利用钛精矿制备金属钛、金属铁的方法，其特征在于，所述还原温度为1200～1500℃，还原反应时间为4～10小时。

10.根据权利要求1所述的利用钛精矿制备金属钛、金属铁的方法，其特征在于：

技术总结本发明实施例公开了利用钛精矿制备金属钛、金属铁的方法，包括步骤：S1、钛精矿在还原性气氛中转化为铁钛碳氮氧固溶体；S2、以铁钛碳氮氧固溶体为第一阳极、惰性电极为第一阴极，与共晶盐电解质组成第一电解体系；S3、第一电解体系电解，第一阳极部分溶解，在第一阴极上得到金属铁；S4、以第一阳极的剩余部分为第二阳极、惰性电极为第二阴极，与共晶盐电解质组成第二电解体系；S5、第二电解体系电解，在第二阴极上得到金属钛。工艺流程短、能耗低效率高，能够连续进行，在钛精矿冶炼工业生产领域有良好应用前景。技术研发人员：吕泽鹏,宋建勋,李少龙受保护的技术使用者：郑州大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17