Способ электролитического получения титана и других металлов

 

Изобретение относится к способам электролитического получения титана и других металлов. Цель - исключение потерь восстанавливаемого металла и увеличение его выхода по току за счет предотвращения диффузии ионов восстанавливаемого металла из катодного в анодное пространство, а хлора - в катодное пространство. Процесс ведут в электролите из расплава галоидов щелочных и щелочноземельных металлов или их сплавов с разделением анодного и катодного пространств электропроводной перегородкой с перфорацией , в виде наклонных пересекающихся в теле каналов, заращивание перфорации осуществляют в начале процесса жццким металлом или сплавом металлов, ионы которых входят в состав электролита , путем подачи на перегородку катодного потенциала, с последующим введением в электролит катодного пространства соединений получаемого метгшла и осаждением металла-на катоде. 1 ил., 1 табл. S t/l с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PECIlYS JIHH

1 А1 (19) (11) (sD 4 С 25 С 3/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) .4156381/31-02 (22) 02.12.86 (46) 23.11.89. Бюл. № 43 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт титана и

Институт общей и неорганической химии АН УССР (72) В.В.Нерубащенко, А.Н.Петрунько, В.А. Кужель, В.В.Волейник, В.И.Шаповал и В.И.Тараненко (53) 669.295.3(088.8) (56) Патент Великобритании ¹ 1602664, кл. С 7 В, 1978.

Патент США № 3274083, кл. 204-64, 1971. (54) СПОСОБ ЗЛЕ(ГХРОЛИТИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ ТИТАНА И ДРУГИХ МЕТАЛЛОВ (57) Изобретение относится к способам электролитического получения титана и других металлов. Цель — исключение потерь восстанавливаемого металла и

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству металлов электролитическим способом. В наибольшей степени способ представляет интерес при производстве титана и других поливалентных металлов.

Целью изобретения является исключение потерь восстанавливаемого металла и увеличение его выхода по току за счет исключения диффузии ионов металла из катодного в анодное пространство, Изобретение поясняется чертежом.

Пример 1. Электролиз в соответствии с предлагаемым способом про2 увеличение его выхода по току за счет предотвращения диффузии ионов восстанавливаемого металла из катодного в анодное пространство, а хлора — в ка" тодное пространство. Процесс ведут в электролите из расплава галоидов щелочных и щелочноземельных металлов или их сплавов с разделением анодного и катодного пространств электропроводной перегородкой с перфорацией, в виде наклонных пересекающихся в теле каналов, заращивание перфорации осуществляют в начале процесса жидким металлом или сплавом металлов, ионы которых входят в состав электролита, путем подачи на перегородку катодного потенциала, с последующим введением в электролит катодного пространства соединений получаемого металла и осаждением металла-на катоде.

1 ил., I табл. водят в лабораторном электролизере

1, заполненном электролитом 2, где в качестве анода 3 используют графит, катодом 4 служит стальной стержень.

Стальная перегородка 5 толщиной 40 мм вмонтирована во фторфлогопитовую плиту 6, перегораживающую анодное и катодное пространства.

В сечении металлическая перегородка имеет форму зонтов (см. чертеж), расположенных друг над другом в пять ярусов, причем каждый нижеследукю(ий зонт располагается таким образом, чтобы верхняя кромка. нижнего. зонта и нижняя габаритная кромка

1433081

3 ерхнего зонта по высоте перекрывали руг друга, чтобы при заполнении зонТа жидким металлом 7 металл создавал . бы гидравлический затвор. Эффективная

Площадь перегородки со стороны анода и катода равна соответственно по

160 см, Объем всех каналов, где ъ скапливается жидкий металл, составляет 270 см . Плотность тока соответст- 1О

3 венно составляет: на аноде в пусковой период — 0,3 А/см, в период электролиза — 0,8 А/см, на перегородке в пусковой период — 0,35 А/см, в пери д электролиза — 0,9 А/см, на като2. е — 1 1 A/см . В качестве электроита используют расплав NaC1, темпе, атура процесса 850 С. Между анодом

1 и перегородкой в пусковой период подают постоянный ток силой 50 А. По истечении 5 ч в катодное пространство через трубу 8 вводят TiCI из расчета поддержания в электролите титана 4 мас. и одновременно от второго источника питания подают ток на анод 25 и катод силой 110 А. Сила тока, про.пускаемого через анод, составляет 160 А. Всего проведено 12 единичных трехчасовых циклов электролиза. Вве-! дено в электролит 8,2 кг TiCl, по-!

:лучено 57 кг С1 и 1,9 кг титана. Вы) ход титана по току составил 80 . Соединений титана в анодном хлоргазе ,не обнаружено.

Пример 2. Электролиз проводят на установке, описанной в примере 1.

В качестве электролита используют расплав NaCl (95 мас. ) + NaF (5 мас. ), температура процесса 820 С, по истечении 5 ч подачи тока между анодом и перегородкой в катодное пространство вводят тетрахлорид из расчета содержания титана в электролите 4 мас. и подают дополнительный ток между анодом и катодом силой 110 А, сила тока, пропускаемого через анод, составляет 160 А. Всего было проведено пять единичных трехчасовых электролизов, введено в электролит 3,6 кг тетрахлорида титана, получено 1,9 кг хлора и 0,7 кг титана. В пробах электролита анодного пространства, в анодном хлоре соединения титана отсутствуют. Выход титана по току 80,3 ..

Пример 3 ° Электролиз проводят на установке, описанной в примере 1.

В отличие от предыдущих опытов ток на перегородку не подают совсем.

В пусковой период ток силой 100 А подают в цепь анод-катод. В качестве электролита используют смесь солей

NaCl (50 мас. ) и СаС1 (50 мас. ) температура процесса 640 С. По истечении 6 ч подачи тока между анодом и катодом в катодное пространство вводят тетрахлорид титана из расчета содержания титана в электролите

4 мас. . Всего бьшо проведено пять единичных трехчасовых электролизов, введено в электролит 3,5 кг тетрахлорида титана, получено 1,8 кг хлора и

0,65 кг титана. В пробах электролита анодного пространства и анодном хлоре соединений титана не обнаружено.

Выход титана по току 78 .

Пример 4. Электролит проводят на установке, описанной в примере 1.

В качестве электролита используют эквимолярную смесь NaCl-KC1, температура процесса электролиза 720 С. По истечении 6 ч подачи тока между анодом и перегородкой в катодное пространство вводят низкосортную титановую губку и стружку титанового сплава

ВТ-1 и вводят тетрахлорид титана из расчета на содержание тигана в электролите 4 мас. . и одновременно подают между анодом и катодом постоянный ток силой 1!О А, в сумме ток составляет 160 А. Всего было проведено 6 единичных трехчасовых электролиэов, введено в электроли 5,5 кг тетрахлорида титана, израсходовано 0,6 кг металлического скрапа на реакцию с тетрахлоридом титана на получение дни трихлорида титана в катодном пространстве, получено на аноде 2,3 KI хлора и на катоде 1,3 кг титана. В пробах электролита анодного пространства и в анодном хлоре соединения титана не обнаружены. Выход титана по току 81,3 .

Пример 5. Электролиз проводят на установке, описанной в примере 1.

В качестве электролита используют эквимолярную смесь NaC1-KCl, температура процесса электролиза 720 С. По истечении 6 ч подачи тока силой 50 А между анодом и перегородкой в катодное пространство вводят тетрахлорид циркония из расчета на содержание циркония в электролите 4 мас. и одновременно подают между анодом и катодом постоянный ток силой 110 А, сила тока, пропускаемого через анод составляет 160 А. Всего было проведено 5 единичных трехчасовых электроли5 143 зов, введено в электролит 4,8 кг тетрахлорида циркония, получено на аноде

2,4 кг хлора, на катоде — 1,6 кг циркония. В пробах электролита анодного пространства и в анодном хлоре соединения циркония отсутствуют. Выход цнркония по току 84,2Х.

Пример 6. Злектролиз проводи" ли на установке, описанной в примере l. В качестве электролита используют эквимолярную смесь NaC1-КС1 темо

У пература процесса 720 С. По истечении 5 ч подачи тока силой 50 А между анодом и перегородкой в катодное пространство вводят тетрахлористое железо из расчета на содержание железа в .электролите .5 мас.Х и одновременно подают постоянный ток силой 110 А между анодом и катодом, сила тока, пропускаемого через анод, составляет

160 А. Всего было проведено 5 единичных трехчасовых электролизов, получено 1,9 кг хлора и 0 91 кг железа. В пробах электролита анодного пространства и в анодном хлоре соединения железа отсутствуют. Выход железа по току 56,7 .

Пример 7. Электролиз проводят на установке, описанной в примере 1.

В качестве электролита используют смесь NaC1 23Х; КС1 31X; LiCl 40X;

NgClg 6X. Температура процесса 450 С.

По истечении 5 ч подачи тока силой

50 А между анодом и перегородкой в катодное пространство водят TiCl из расчета на содержание титана в электролите 5 мас.Х и- одновременно подают ток силой 110 А между анодом и катодом. Сила тока, протекающего в цепи анода, составляет 160 А. Всего было проведено 10 единичных циклов электролиза, введено в электролит

3081 6

6,9 кг TiC1, получено 4,8 кг С1 н

1,6 кг титайа. Выход титана по току составил 83,2Х. Соединений титана в анодном хлоргазе не обнаружено. Результаты опытов обобщены в таблице.

Предлагаемый способ позволяет исключить потери получаемого металла; увеличить выход по току получаемого металла, в частности для титана на 15-18Х.

Формула изобретения

Способ электролитического получения титана и других металлов в электролите из расплава галоидов щелочных и щелочноземельных металлов или их смесей с разделением анодного и

20 катодного пространств электропроводкой перегородкой с перфорацией, включающий заращивание перфорации в нача,,ле процесса металлом путем подачи на перегородку катодного потенциала

25 и введение в электролит соединений восстанавливаемого металла и его осаждение на катоде, о т л и ч а— ю щ.и и с я тем, что, с целью исключения потерь восстанавливаемого

30 металла и увеличения его выхода по току за счет предотвращения диффузии ионов восстанавливаемого металла из катодного в анодное пространство, о а хлора — в катодное пространство, процесс ведут с выполнением перфорации в виде наклонных пересекающихся в теле перегородки каналов, заращивание перфорации осуществляют в начале процесса жидким металлом или сплавом металлов, ионы которых входят в состав электролита, с последующим введением в электролит катодного пространства соединений получаемого металла.

1433081

) о !! м! и

Ф I а

I о о й

«") С» л л о)со!

1 сч л «ч л л

» Щ «»)

«О со со

) о ъ

)с о

Е

РЪ «о) л л

o co ср л сх> л

Ф

«d о

Р о

1 I

Х

j o о о

1 I

at Ф Я

a(Ф Ж ожх ими

I (I I

1 I !

I 1

I I!

«с) л о«) ос) о л л л л л

oo4

) ) о) л л

) о

К о а

Р ф !

»

)» о

Е» и о ж

«) и со со ) ) с) ЧЭ О

С») «о) ! I

Р

cd

Ц о ж

Р о

Р о

М

Й

И!

Ф

И о с»

v о ж

oe оо ос) о

t»

Ф а

Ф

И л ф

)с

«Е о

oo o о оо о а) .) ) «)е «)) ! !

l оо

I ! !!

« о

1 о

v с)оо оо

« о ж ф

Р о

Е о! о и

1 о

Р

И л

«d

1

Ф

Щ

Х и

ooo О uD O оо о О О О оо О О

« о и

Ж ф

)»» ф

f и о и

Ц о

)с

+ w +

Е-«Еч

«3 о-» о-»»-4

novo и и *, Е»

«+

I Е» Е»

1 I» ф

))) Ф Я I 1 I

a) а фй ж ) 1 1 1 I

l с) ол

I !

« ) «»Ъ Ф

I и и а

Ql

Е

Х ф

Р ф х

1 о

v о

И и

al

)с х

1»

))\

l» и

iо i» л о1 U !

» l

С) Ф и! о» ф фu ° . к о л «) l O

М л

uu t ф al л Л и аО ф о ли

«»I ч л 3

--uu

Сл) О

° -1 Л!

"4 М

vo ! vo ф л» л Кд

vv ф ф С)

Х Исч.Ф! 433081

Составитель Г.Мельникова

Редактор Л,Лашкова Техред Л.Сердюкова Корректор Т.Палий

Заказ 8040 Тираж 605 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, !01