[00369322]钛的电化学制备技术、装备集成及应用

金属钛具有优异的物理化学和机械性能，被广泛用于军工、航空航天、化工、电子信息等领域，被誉为“未来金属”。金属钛的主流生产工艺为Kroll法，即镁还原法。其核心是用金属镁做还原剂，在800-900℃下还原气态四氯化钛，得到纯度为99.7％左右的海绵钛。该流程工艺繁琐、复杂且能耗大，从而导致金属钛生产成本高、价格昂贵，限制了金属钛的广泛应用。高纯钛，是指纯度在3N5（99.95％）乃至4N5（99.995％）以上的金属钛。 近些年，北京科技大学朱鸿民教授和焦树强教授领衔的课题组提出一种新型清洁钛提取冶炼和高纯钛电解精炼方法，其基本设计思路如下： （1）以二氧化钛或富钛料和碳质还原剂为原料，碳热还原制备具有良好导电性的TiCxOy固溶体，并将O/C比控制在1/1左右，用作电解阳极原料； （2）将该阳极进行熔盐电解，阳极产物为CO或CO<,2>，从而使阳极固溶体中的氧和碳完全以气体形式排出，而钛则以离子形式进入熔盐； （3）选择并控制电解条件，使熔盐中的钛离子保持较低价态，并在镍或钛阴极以较高的电流效率以金属钛形式沉积析出。 （4）对钛离子在熔盐电解质中的阴极过程进行了系统研究，提出了以海绵钛为阳极，采用象形电极的熔盐电解槽和阶梯式恒流补偿电解工艺精炼得到高纯钛晶体； （5）根据所研发的基础理论并结合产业化工艺路线，逐步形成具有自主知识产权的装备集成工艺； 这一方法为钛金属的低成本、低污染生产奠定了基础，在国际上被誉为“USTB”工艺。在完成基本原理研究基础上，该新型钛冶炼工艺经100A规模小试、1000-3000A规模中试后，于2013年底实现了10000A工业化规模试验及装备集成研发，并获得了质量在Ⅰ级海绵钛以上的规模产品。由此，进一步巩固了中国在该领域的技术优势，同时形成新型钛金属冶金的系统性知识产权，并确立了这一全新的冶金流程。 实践表明，通过该工艺生产的高纯钛晶体纯度在3N5以上，并具有能耗低、成本低、环境友好等优势。近年来，经过与宁夏德运创润钛业有限公司合作，成功将电化学精炼制备高纯钛工艺实施产业化应用。项目第一期年产30吨高纯钛生产线已经投产，并初步销售至国内科研院所、半导体、溅射靶材等领域。就相关成果申请中国发明专利6项，已授权3项；已授权的实用新型专利2项；在国际行业主流刊物上发表学术论文30余篇。