Спосіб електролітичного одержання титану

1. Спосіб електролітичного одержання титану, який включає проходження електричного струму через порожнистий стальний катод і графітовий анод, що частково занурені в розплав галоїдів лу жних або лужноземельних металів, подачу тетрахлориду титану в порожнистий катод і виділення титану на катоді, який відрізняється тим, що подачу тетрахлориду титану здійснюють імпульсно всередину катода на дзеркало розплаву електроліту, при цьому тиск тетрахлориду титану всередині катода зрівноважується тиском стовпа електроліту, що проникає в нижню частину катода. 2. Спосіб електролітичного одержання титану за п. 1, який відрізняється тим, що у міру того, як на внутрішній поверхні катода виділяється титан, катод опускають вниз. Корисна модель стосується кольорової металургії, а саме електролітичного способу одержання титану з тетрахлориду титану. Відомий спосіб електролітичного одержання титану, Устинов B.C. і інші, Електролітичне одержання титану, М., Металургія, 1978р., с.62, який включає електролітичне насичення електроліту іонами титану нижчих валентностей за рахунок відновлення тетрахлориду титана в католіті з наступним висадженням титану на периферійній по відношенню до аноду частині катода з розділенням аноліту та католіту проникною для іонів хлору діафрагмою. При цьому нижчі хлориди титану дифундують в аноліт, де знову окислюються до тетрахлорида титану, який з анодними газами виноситься з електролізеру. Це знижує ступінь витягання титану, підвищує питомі витрати тетрахлорида титану. Крім того, тетрахлорид титану конденсується в газоходах, що дуже ускладнює процес. Відомий "Спосіб електролітичного одержання титану" з галогенідів титану в електролізері з перфорованим катодом і графітовим анодом, що занурені в розплавлений електроліт, [патент США №3274083, від 13.05.63р., 204-64, опублікований 20.09.66р.] На електроди подається струм, а в середину катода в нижню його зону, який повністю занурений в електроліт, з певною швидкістю подається тетрахлорид титану. Швидкість подачі тетрахлориду титану підвищується до досягнення сталого робочого режиму, який триває до появ лення у відходячих газах (хлорі) значної кількості тетрахлориду титану. При барботажі тетрахлориду титану в розплав електроліту утворюються нижчі хлориди титану, які дифундують в аноліт, окислюються хлором в тетрахлорид і разом з ним виводяться з процесу. Таким чином підвищуються питомі витрати тетрахлориду титану. Крім того тетрахлорид титану, який видаляється з хлором, конденсується та осідає в газоходах, що ускладнює процес їх експлуатації. Оскільки ввод тетрахлориду титану віддалений від катодної поверхні, на якій виділяється титан, швидкість процесу виділення титану знижується та визначається умовами дифузійних процесів в середовищі електроліту. Відомий "Новий або поліпшений спосіб електролітичного одержання титану", [патент Великобританії №734094, від 17.10.52р.,41, A1F, який включає безперервне введення тетрахлориду титану в електролізер через канал в катоді під поверхню електроліту з одночасним проходженням електричного струму через електролізер поміж катодом і анодом]. При цьому відновлення відбувається біля отвору на зовнішньому боці катода, який частково занурений в електроліт, а сила струму повинна бути достатньою для відновлення тетрахлориду титану безпосередньо в метал. Дане рішення прийняте у якості прототипу. Згідно з дослідженим механізмом реакції електролітичного виділення титану з тетрахлориду титану потрібен одночасний контакт трьох фаз: СО 5Г 6531 газоподібної тетрахлорид титану, рідкої - електроліт і твердої - катод У прототипі площа такого контакту дуже мала - це краї отворів катода, внаслідок чого знижується швидкість процесу, а тетрахлорид не встигає вступити в реакцію, проскакує у газовий простір і втрачається з ВІДХІДНИМИ газами Катод у процесі електроліз) не переміщується, що не дає змоги більш рівномірно нарощувати катодний осад Усе це приводить до досить низького вилучення титану з тетрахлориду титану та до підвищення питомих витрат його В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ступені вилучення титану та швидкості процесу за рахунок більш повного використання тетрахлориду титану та збільшення поверхні контакту фаз, на якій протікає електролітична реакція, шляхом імпульсної подачі тетрахлориду титану усередину катода на дзеркало розплаву Поставлена задача досягається тим, що у відомому способі електролітичного одержання титану, який включає проходження електричного струму через порожнистий стальний катод і графітовий анод, що частково занурені в розплав галоїдів лужних або лужноземельних металів, подачу тетрахлориду титану в порожнистий катод і виділення титану на катоді, новим є те, що подачу тетрахлориду титану здійснюють імпульсне всередину катода на дзеркало розплаву електроліту, при цьому тиск тетрахлориду титану всередині катода зрівноважується тиском стовпа електроліту, що проникає в нижню частину катода У міру того, як на катоді виділяється титан і заповнює його об'єм, катод опускають вниз Рідкий тетрахлорид титану подається всередину катода і у міру того, як він рухається по катода, відбувається його нагрівання та випаровування, оскільки нижня частина катода має температуру розплавленого електроліту Внаслідок розширення об'єму газів всередині катода збільшується тиск і ВІДПОВІДНО знижується рівень розплаву електроліту У міру засвоєння тетрахлориду титану за реакцією відновлення тиск газів в катоді падає, рівень розплаву знову підвищується, в катод самопливом надходить нова порція рідкого тетрахлориду титану Реакція відновлення тетрахлориду титану та одержання титану протікає в зоні контакту катода з розплавом електроліту і газовою фазою (тетрахлоридом титану) всередині катода При цьому занурення катода в електроліт і подача тетрахлориду титану відрегульовані таким чином, що тетрахлорид повністю засвоюється на поверхні електроліту та проскоку в зону зовні катода не відбувається Таким чином, внаслідок мікропульсацп тиску тетрахлориду титану при його випаровуванні, зона контакту розплаву з катодом також постійно пуль сує, що сприяє зростанню реакційної поверхні та швидкості виділення титану При збільшені шару виділеного титану в нижній зоні катода, катод опускають в розплав і зона реакції піднімається уверх по висоті катода Спосіб електролітичного одержання титану, що заявляється, здійснюється в герметичному електролізері, що має графітовий анод і стальний порожнистий катод з патрубком у верхній частині для подачі тетрахлориду титану Нижній кінець катода на початку процесу вводять в розплав на незначну глибину Подачу тетрахлориду титану в катод здійснюють при одночасному проходженні електричного струму через електролізер поміж катодом і анодом У міру наростання осадженого титану всередині катода в зоні контакту з розплавом катод періодично опускають вниз Після заповнення катода металом в роботу включають інший катод, а заповнений витягають з розплаву, відключають, одержаний метал випресовують Приклади виконання способу, що заявляється В електролізер заливають електроліт - розплавлений хлорид магнію процесу магнієтермічного відновлення титану, порожнистий стальний катод і графітовий анод частково занурюють в електроліт і подають електричний струм 15-20 А для очистки електроліту від домішок При досягненні величини зворотньої є д с процесу 2,5В (величина напруги розкладання хлориду магнію) процес проробки електроліту завершують Після ЦЬОГО подають тетрахлорид титану в буферну ємність зі швидкістю ЗОг/год , звідти тетрахлорид надходить самопливом в катод при одночасному проходженні електричного струму (ЗОА) через електролізер поміж катодом і анодом У міру руху тетрахлорида титану по катода (нижня частина катода має температуру близько 750°С) відбувається нагрівання та випаровування тетрахлориду титану Внаслідок розширення тетрахлориду титану відбувається зміна тиску всередині катода При цьому тиск тетрахлориду титану зрівноважується тиском, що створює стовп розплаву електроліту в катоді Після усвоения тетрахлориду титану та осадження титану на трифазній межі газ - метал електроліт тиск тетрахлориду падає і в катод самопливом надходить нова порція тетрахлориду Процес електролізу триває 4 години, катод періодично опускають вниз Після закінчення процесу катод охолоджують в захисній атмосфері аргону, демонтують з кришки електролізера, випресовують і переробляють метал В таблиці 1 наведені показники процесу електролітичного виділення титану 6531 Таблиця 1 Ознака Вилучення титану Питомі витрати з терахлориду тетрахлорида титану г/г титану титану.% 1. Тиск тетрахлориду титану в катоді більше тиску стовпа електроліту 70 5,66 2. Тиск тетрахлориду титану в катоді зрівноважується тиском стовпа електроліту 95 4,17 3. Тиск тетрахлориду титану в катоді менше тиску стовпа електроліту 53 7,48 Таким чином спосіб, що пропонується, дозволяє реалізувати процес електролітичного одержання титану без насичення електроліту нижчими Комп'ютерна верстка В. Мацело Примітки Тетрахлорид титану барботує крізь електроліт, титан виділяється на зовнішній поверхні катода Тетрахлорид не барботує крізь електроліт, титан виділяється на внутрішній поверхні, катод має усередині газовий простір, який поступово заповнюється титаном Тетрахлорид титану не барботує крізь електроліт, катод заповнений електролітом, титан виділяється на внутрішній поверхні катода. хлоридами титану, підвищити вилучення титану з тетрахлорида титану та знизити питомі витрати тетрахлорида титану. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 4 2 , 01601