Способ получения металла электролизом солевого расплава и способ получения металлического титана

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ получения металла, выбранного из кальция, калия или натрия, электролизом солевого расплава, включающий в себя стадию заполнения хлоридом соответствующего металла в качестве солевого расплава электролизера с анодом и катодом, при этом солевой расплав содержит по меньшей мере одну дополнительную соль, выбранную из хлорида кальция, хлорида калия, хлорида натрия и фторида кальция, которая уменьшает растворимость упомянутого металла в этом солевом расплаве, и при этом соотношение дополнительной соли к солевому расплаву не превышает эвтектического состава дополнительной соли по отношению к солевому расплаву.

2. Способ по п.1, в котором образовавшийся при электролизе металл извлекают отдельно или в виде смеси солевого расплава и металла.

3. Способ по п.1, в котором солевой расплав является смешанным расплавом хлорида кальция с хлоридом калия, хлоридом натрия или фторидом кальция и состав по хлориду калия, хлориду натрия или фториду кальция относительно хлорида кальция является эвтектическим составом или не превышает эвтектического состава.

4. Способ по п.1, в котором температура солевого расплава является не меньшей, чем эвтектическая температура смешанного расплава хлорида кальция с хлоридом калия, хлоридом натрия или фторидом кальция, и не большей чем 1000шС, и в котором образовавшийся при электролизе металл получают отдельно или в виде смеси солевого расплава и металла.

5. Способ по п.4, в котором растворимость металла в солевом расплаве не превышает 3%.

6. Способ получения металлического титана, включающий в себя стадию использования металла, полученного в способе по п.1, в качестве восстановителя тетрахлорида титана.

 

Текст

Смотреть все

011110 Область техники Настоящее изобретение относится к получению металла из его хлорида и, в частности, к способу получения металла электролизом солевого расплава. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу получения металлического титана с использованием металла, полученного этим способом. Уровень техники Традиционно металлический титан, который является простым веществом, получают способом Кролла, в котором тетрахлорид титана восстанавливают расплавленным магнием с получением губчатого титана, и в нем уже было сделано много различных усовершенствований для снижения издержек производства. Однако, так как способ Кролла является периодическим процессом, в котором периодически повторяется ряд операций, его эффективность ограничена. Для решения этой проблемы были предложены: способ, в котором оксид титана восстанавливают металлическим кальцием в солевом расплаве с получением непосредственно металлического титана (см. патентные документы WO 99/064638 (Д 1) и JP 2003-129268 (Д 2; способ на основе электромагнитного излучения, в котором получают восстановитель, содержащий активный металл, такой как кальций, или активный металлический сплав; и способ, в котором соединение титана восстанавливают электронами восстановителя с получением металлического титана (см. патентный документ 2003-306725 JP (Д 3. В этих способах оксид кальция, который является побочным продуктом реакции электролиза, растворяется в хлориде кальция, и поэтому проводят электролиз солевого расплава для извлечения и повторного использования металлического кальция. Однако, так как металлический кальций, образующийся в процессе электролиза, находится в жидком состоянии и обладает высокой растворимостью в хлориде кальция, он легко растворяется в хлориде кальция, что приводит к проблеме, заключающейся в снижении выхода металла. В Д 3 также раскрыто использование хлоридов щелочных металлов, но эти хлориды использованы в качестве средства управления вязкостью или электропроводностью хлоридных солевых расплавов, а не растворимостью кальция в хлориде кальция. Ближайший аналог настоящего изобретения раскрыт в патентном документе JP 49-70808 (Д 4). В Д 4 раскрыто добавление хлорида щелочного металла в хлорид кальция. Однако в Д 4 хлорид щелочного металла добавляют в хлорид кальция, присутствующий совместно с карбидом кальция, а не добавляют исключительно в хлорид кальция. Таким образом, в Д 4 существенным для уменьшения растворимости кальция в хлориде кальция является именно карбид кальция, в то время как хлорид щелочного металла используют лишь для того, чтобы равномерно растворить карбид кальция в хлориде кальция. А уже этот растворенный карбид кальция фактически служит для уменьшения растворимости металлического кальция в хлориде кальция. Тем самым в Д 4 решается проблема сильного растворения кальция в хлориде кальция, но решается она путем добавления карбида кальция. Вместе с тем, поскольку этот карбид в некоторой степени остается в полученном металлическом кальции, при использовании такого металлического кальция в последующем процессе производства металлического титана образовывается нежелательный карбид титана. Таким образом, как было показано выше, проблема заключается в том, что традиционным способом трудно эффективно и в удобном виде извлечь такой активный металл, как металлический кальций. Раскрытие изобретения Настоящее изобретение было создано в связи с вышеупомянутыми обстоятельствами, и целью настоящего изобретения является разработка способа получения металла кальция, калия или натрия электролизом солевого расплава, в котором эффективно и в удобном виде извлекают этот металл, используемый в последующем процессе для восстановления, например, оксида или хлорида титана, а другой целью настоящего изобретения является разработка способа получения металлического титана, в котором используют этот металл, полученный указанным способом. Таким образом, согласно настоящему изобретению предложен способ получения металла, выбранного из кальция, калия или натрия, электролизом солевого расплава, включающий в себя стадию заполнения хлоридом соответствующего металла в качестве солевого расплава электролизера с анодом и катодом, при этом солевой расплав содержит по меньшей мере одну дополнительную соль, выбранную из хлорида кальция, хлорида калия, хлорида натрия и фторида кальция, которая уменьшает растворимость упомянутого металла в этом солевом расплаве, и при этом соотношение дополнительной соли к солевому расплаву не превышает эвтектического состава дополнительной соли по отношению к солевому расплаву. В способе получения металлического титана по настоящему изобретению металл, получаемый в вышеупомянутом способе, используют в качестве восстановителя тетрахлорида титана. Так как в результате применения способа получения металла кальция, калия или натрия электролизом солевого расплава по настоящему изобретению растворимость этого металла в солевом расплаве уменьшается, осаждаемый металл плохо растворяется в солевом расплаве. Следовательно, этот металл может быть эффективно извлечен. Кроме того, в том случае, когда получают металлический кальций,уменьшение растворимости этого металла в солевом расплаве достигается в настоящем изобретении добавлением вместо карбида кальция, который давал бы нежелательный карбид титана при последующем получении металлического титана, другой, дополнительной соли, такой как хлорид калия, хлорид натрия-1 011110 и фторид кальция. Следовательно, так как в настоящем изобретении карбидное соединение не используется, полученный по настоящему изобретению металлический кальций содержит лишь хлорид (и/или фторид) и поэтому не вызывает образования нежелательного карбида титана в процессе последующего получения металлического титана. Поэтому настоящее изобретение превосходит уровень техники в том смысле, что металлический кальций извлекается в результате электролиза солевого расплава эффективно и в удобном для последующего получения титана виде. В дополнение к этому, в настоящем изобретении количество добавляемой в солевой расплав дополнительной соли ограничивается тем, что соотношение дополнительной соли к солевому расплаву не превышает эвтектического состава, что способствует понижению температуры плавления солевого расплава в соответствии с тем количеством дополнительной соли, которое добавляется в этот солевой расплав. Понижение температуры плавления эффективно для снижения рабочей температуры электролизера, что также вносит вклад в уменьшение растворимости кальция в хлориде кальция. При этом избыточное добавление дополнительной соли свыше соответствующего эвтектического состава не будет в обязательном порядке вносить вклад в понижение температуры плавления солевого расплава. Вышеуказанные желательные технические результаты не раскрыты и не достигаются в уровне техники (и, в частности, в ближайшем аналоге Д 4). Краткое описание чертежей На чертеже приведен схематичный вид в разрезе электролизера, используемого при электролизе солевого расплава по настоящему изобретению. Список ссылочных позиций: 1 - электролизер; 2 - ванна электролита; 3 - анод; 4 - катод; 5 - перегородка; 6 - газообразный хлор; 7 - металлический кальций. Предпочтительные варианты осуществления изобретения Варианты осуществления настоящего изобретения поясняются ниже со ссылкой на чертежи. Здесь рассматривается случай, когда металлом является металлический кальций, хлоридом металла является хлорид кальция, а хлоридом, добавляемым для снижения температуры плавления ванны электролита из солевого расплава по настоящему изобретению, является хлорид калия. На чертеже приведен предпочтительный вариант конструкции устройства для осуществления настоящего изобретения. Позицией 1 обозначен электролизер, и этот электролизер заполняют ванной 2 электролита, содержащей хлорид кальция. Ванну 2 электролита нагревают с помощью нагревателя, который не показан, до температуры выше температуры плавления хлорида кальция для того, чтобы поддерживать его в расплавленном состоянии. В качестве ванны 2 электролита используется ванна из смеси хлорида кальция и хлорида калия. За счет добавления хлорида калия может быть понижена не только температура плавления ванны 2 электролита, но может быть также уменьшена растворимость металлического кальция в этой ванне 2 электролита. Позицией 3 обозначен анод, а позицией 4 обозначен катод, и они погружены в ванну 2 электролита. Между анодом 3 и катодом 4, например, установлена перегородка 5, изготовленная из графита. Электролиз начинают, подсоединяя анод 3 и катод 4 к источнику питания постоянного тока, который не показан, при этом хлорид-ионы в ванне 2 электролита притягиваются к аноду 3 и отдают электроны, образуя газообразный хлор 6, который удаляют из системы. Ионы кальция притягиваются к катоду 4 и принимают электроны, образуя металлический кальций 7, который осаждается на поверхности катода 4. Желательно, чтобы температура ванны 2 электролита была не ниже чем 650 С, которая представляет собой температуру эвтектики хлорида кальция и хлорида калия, и не выше чем 1000 С. В случае когда требуется извлечение целевого металлического кальция в твердом состоянии, температуру ванны электролита поддерживают не ниже, чем температура эвтектики хлорида кальция и хлорида кальция, и не выше, чем температура плавления металлического кальция (845 С). В случае, когда металлический кальций извлекают в расплавленном состоянии, температуру ванны 2 электролита поддерживают не ниже,чем температура плавления металлического кальция. Температура ванны электролита может быть различной в зависимости от того, в твердом или жидком состоянии необходимо извлекать целевой металлический кальций, как было указано выше; однако причины повышения эффективности его извлечения являются одними и теми же. Верхним пределом температуры устанавливают 1000 С; однако, в том случае, когда настоящее изобретение осуществляют при температуре не ниже, чем температура плавления металлического кальция, его извлечение становится затруднительным, если увеличивается растворимость кальция, который растворяется в солевом расплаве. Кроме того, при температуре выше 1000 С увеличивается давление пара металлического кальция и становится затруднительно извлекать образующийся металлический кальций. Поэтому в настоящем изобретении предпочтительно, чтобы верхний предел температуры ванны 2 электролита был не больше-2 011110 чем 1000 С. Считается, что интервал температуры ванны 2 электролита предпочтительно составляет от 650 до 850 С. Как указывалось выше, если температура ванны 2 электролита будет меньше чем 650 С, ванна 2 электролита будет затвердевать. Если температура ванны 2 электролита будет 650 С или выше, то возможно приготовление ванны электролита, содержащей достаточно источника кальция, и скорость образования кальция будет высокой. Кроме того, если температура будет 850 С или меньше, будут низкими скорость растворения кальция в ванне 2 электролита и повреждение материала, используемого для изготовления электролизера, или т.п.; поэтому этот температурный интервал является предпочтительным для практического осуществления настоящего изобретения. Упомянутый выше эвтектический состав ванны 2 электролита соответствует 25 мол.% доле хлорида калия, добавляемого к хлориду кальция. Поэтому желательно, чтобы содержание хлорида калия в ванне 2 электролита также выбиралось не превышающим 25%. Желательно, чтобы количество хлорида калия в ванне 2 электролита было низким; однако с точки зрения понижения температуры плавления ванны 2 электролита желательно, чтобы его количество было более высоким. Поэтому отношение добавляемого хлорида калия к хлориду кальция должно определяться на основе оптимальных соотношений. В случае когда настоящее изобретение осуществляется при температуре не ниже температуры плавления ванны 2 электролита и не выше температуры в 845 С (не выше температуры плавления металлического кальция), возможно осаждение металлического кальция на электроде и его извлечение в твердом состоянии. В случае когда металл не осаждается, он диспергируется в ванне в виде частиц металла, и так как его плотность меньше, чем плотность ванны, эти частицы всплывают на поверхность ванны вокруг катода. В случае когда извлекают металлические частицы, их можно извлекать в смешанном с ванной электролита состоянии, и в качестве варианта осуществления настоящего изобретения могут быть извлечены смесь ванны электролита и твердого металла или отдельно только металл. С другой стороны, также в случае когда электролиз проводят при температуре не ниже чем 845 С и не выше чем 1000 С, растворимость металлического кальция в ванне 2 электролита может быть уменьшена путем регулирования концентрации хлоридов, добавляемых в ванну 2 электролита. В результате металлический кальций в твердом состоянии частично осаждается на поверхности электрода и диспергируется в ванне. С другой стороны, так как плотность металлического кальция, частично образующегося в расплавленном состоянии, ниже, чем плотность ванны, он будет в конце концов всплывать около катода в виде расплавленного металла. При извлечении расплавленного металла настоящее изобретение может быть осуществлено в указанном интервале температур. Так как при извлечении металлического кальция, диспергированного в ванне, его отделение от ванны 2 электролита занимает продолжительное время, желательно, чтобы расплавленный кальций извлекался в смешанном с ванной 2 электролита состоянии. Кроме этих способов извлечения, возможно полное извлечение солевого расплава и кальция в твердом состоянии. В случае когда осуществляется способ извлечения, возможно применение всего интервала температур по настоящему изобретению. Металлический кальций, осажденный на поверхности катода 4, частично растворяется в ванне 2 электролита и частично всплывает на поверхность ванны электролита. Металлический кальций, который всплыл на поверхность ванны электролита, может течь к аноду и будет блокирован перегородкой 5 для того, чтобы эффективно снизить обратную реакцию с газообразным хлором, образующимся на аноде 3. Так как металлический кальций растворим в хлориде кальция, в том случае когда используется традиционная ванна электролита, состоящая только из хлорида кальция, осажденный металлический кальций будет растворяться в ванне электролита. Однако, так как в настоящем изобретении вышеупомянутый хлорид добавляют к хлориду кальция для уменьшения растворимости хлорида кальция в ванне электролита, могут быть эффективно извлечены только металлический кальций или ванна электролита, в которой выделяется этот металлический кальций. Кроме того, при установлении растворимости кальция в ванне электролита не более 3% образующийся при электролизе металлический кальций или ванна, содержащая большое количество металлического кальция, могут быть эффективно извлечены. Более желательно, чтобы растворимость металлического кальция в ванне электролита не превышала 1,5%, и при выборе такой растворимости может быть дополнительно повышена эффективность извлечения получаемого электролизом металлического кальция. В качестве способа снижения растворимости металлического кальция в ванне электролита могут быть рассмотрены два способа. Одним из них является способ, при котором для уменьшения растворимости металлического кальция уменьшают содержание хлорида кальция и увеличивают содержание хлорида калия, хлорида натрия или фторида кальция, а другим является способ, при котором понижают температуру ванны 2 электролита. С помощью каждого из этих способов растворимость металлического кальция в ванне электролита может быть эффективно понижена. Следует отметить, что в случае ванны только из хлорида кальция растворимость металлического кальция может быть эффективно уменьшена,если температура ванны электролита будет близкой к температуре плавления хлорида кальция. Металлический кальций или ванна 2 электролита, в которой металлический кальций выделяется и-3 011110 извлекается таким образом, могут быть использованы, например, при прямом восстановлении оксида титана. В случае когда хлорид калия добавляют к хлориду кальция в количестве от 5 до 50 мол.%, растворимость кальция в ванне 2 электролита, в отличие от случая присутствия только хлорида кальция, может быть снижена до уровня от 0,1 до 0,3% в интервале температур от 650 до 800 С. Кроме того, путем добавления вышеупомянутых хлоридов может быть уменьшена не только растворимость металлического кальция в хлориде кальция, но может быть также понижена температура плавления ванны электролита. Так как температура плавления хлорида кальция составляет 780 С, а температура плавления металлического кальция составляет 845 С, металлический кальций в твердом состоянии может быть осажден на катоде 4 в случае, когда температуру традиционной ванны электролита,состоящей только из одного хлорида кальция, устанавливают равной 800 С. В этом случае разница между температурой ванны электролита и температурой плавления ванны электролита (780 С) составляет только 20 С, и поэтому необходимо точно регулировать температуру ванны электролита, так как ванна электролита будет затвердевать, если температура опустится ниже температуры плавления. Однако, так как в настоящем изобретении температуру плавления ванны 2 электролита понижают путем смешения вышеупомянутых хлоридов в ванне 2 электролита, точное регулирование температуры больше не требуется, и электролиз солевого расплава может быть осуществлен стабильно. Например, так как ванна 2 электролита не затвердевает, даже если температура ванны 2 электролита устанавливается на уровне около 750 С, металлический кальций может быть осажден в твердом состоянии на катоде 4. На практике, при добавлении хлорида калия к хлориду кальция в количестве от 5 до 50 мол.% электролиз может быть осуществлен в ванне электролита при температуре на 30-140 С ниже, чем в случае ванны только из хлорида кальция. Как было указано, так как в настоящем изобретении хлорид кальция может быть осажден в твердом состоянии, растворение металлического кальция в ванне 2 электролита уменьшается, и выход металлического кальция может быть эффективно улучшен. В случае когда металлический кальций осаждается в твердом состоянии, после того как произошло осаждение определенного количества металлического кальция, подачу электрического тока к аноду 3 и катоду 4 прекращают, катод 4 вынимают из ванны 2 электролита и извлекают металлический кальций путем соскабливания. Альтернативно, катод переносят в емкость извлечения, которую приготавливают заранее и которая не показана, и осажденный на катоде металлический кальций расплавляют и извлекают путем нагревания емкости извлечения до температуры не ниже, чем температура плавления металлического кальция. Следует отметить, что в качестве ванны 2 электролита может быть использован смешанный расплав, в который вместо упомянутого выше хлорида калия добавляют хлорид натрия или фторид кальция. Эвтектическая температура такой смешанной ванны, в которой к хлориду кальция добавлен хлорид натрия, составляет 500 С. Более того, эвтектическая температура смешанной ванны, в которой к хлориду кальция добавлен фторид кальция, составляет 670 С. В любом случае температура ванны 2 электролита может быть эффективно понижена по сравнению с температурой плавления только хлорида кальция(780 С). Кроме того, может быть также снижена температура электролиза, и, как результат, могут быть также эффективно снижены потери на растворение образовавшегося при реакции электролиза металлического кальция в ванне 2 электролита. При проведении электролиза солевого расплава с использованием ванны электролита, в которой к хлориду кальция добавлен хлорид калия, желательно, чтобы напряжение электролиза выбиралось таким образом, чтобы не вызывать осаждения металлического калия. Так как теоретическое напряжение разложения хлорида кальция составляет 3,2 В, а теоретическое напряжение разложения хлорида калия составляет 3,4 В, желательным является интервал от 3,2 до 3,4 В. Однако, если электролиз проводят при напряжении разложения не ниже чем 3,4 В, образующийся металлический калий будет реагировать с хлоридом кальция с образованием металлического кальция. Поэтому, даже если напряжение разложения является высоким, это не будет вызывать серьезных проблем. Если приложенное к аноду и катоду напряжение повышается, могут увеличиваться количество подводимого к электролизеру 1 электричества и скорость осаждения металла. Однако по мере повышения приложенного напряжения будут поляризоваться обе поверхности перегородки 5. Когда приложенное напряжение достигает величины в два раза большей, чем теоретическое напряжение разложения, металл начинает осаждаться на анодной стороне перегородки 5, а газообразный хлор образовываться на катодной стороне перегородки 5. Газообразный хлор, образующийся на катодной стороне перегородки 5, может вступать в обратную реакцию с образующимся на катоде 4 металлическим кальцием, снижая выход металлического кальция. Поэтому желательно, чтобы напряжение, прикладываемое к аноду 3 и катоду 4,было таким напряжением электролиза, при котором не происходит поляризация перегородки 5. Такой интервал напряжений ограничен величиной, не меньшей чем теоретическое напряжение разложения хлорида кальция, и величиной, меньшей чем удвоенное это напряжение. На практике он составляет от 3,2 до 6,4 В. Необходимо, чтобы используемый в настоящем изобретении анод изготавливался из материала, ко-4 011110 торый является устойчивым к воздействию газообразного хлора при высокой температуре. В качестве такого материала предпочтительным является графит. Графит устойчив не только к воздействию газообразного хлора при высокой температуре, но он также устойчив и в ванне электролита при высокой температуре и обладает соответствующей проводимостью. Желательно, чтобы анод был расположен проходящим сквозь верхнюю крышку электролизера 1, которая не показана, при этом будучи погруженным в ванну 2 электролита. Поверхность анода 3, состоящая из графита и проходящая сквозь верхнюю крышку,может быть покрыта керамическим материалом. Такая конструкция может сводить к минимуму коррозию графита. Так как на катоде газообразный хлор не образуется, катод может быть изготовлен из материала, устойчивого, по меньшей мере, к действию солевого расплава при высокой температуре, такого как обыкновенная углеродистая сталь. Так как на катоде есть вероятность образования карбида в процессе образования металла, желательно, чтобы сталь имела низкое содержание углерода. Такая углеродистая сталь является предпочтительной, так как она устойчива к действию солевого расплава и металлического кальция при высоких температурах. Кроме того, она является практичным материалом, так как недорога и долговечна. Перегородка по настоящему изобретению должна быть изготовлена из материала, который устойчив к действию хлорида кальция и газообразного хлора при высокой температуре, так же как и в случае анода. На практике предпочтительным является графит. Перегородка сама по себе может быть выполнена из графита, или же, альтернативно, внутренняя часть может быть выполнена из керамики, а внешняя часть может быть выполнена из графита, и ее прочность при высоких температурах может сохраняться в течение длительного времени. Необходимо, чтобы перегородка была как можно более плотной; однако некоторая пористость в этой перегородке, которая не позволяет происходить проникновению и миграции образовавшегося на катоде 4 металлического кальция в анодное пространство, не будет вызывать проблем при реализации настоящего изобретения. Более того, нет необходимости в том, чтобы нижний конец перегородки достигал донной части электролизера, и достаточно, чтобы перегородка имела достаточную длину для того,чтобы не допускать миграции к аноду образовавшегося накатоде 4 металлического кальция или слоя хлорида кальция с выделившимся металлическим кальцием. Газообразный хлор извлекают из системы, и, например, он может быть использован в реакции хлорирования титановой руды. Кроме того, металлический кальций может быть использован в реакции восстановления оксида титана или хлорида титана с использованием солевого расплава для получения металлического титана. Например, он может быть использован в качестве восстановителя тетрахлорида титана, как раскрыто в публикации нерассмотренной японской патентной заявки 2005-068540, для получения слитков металлического титана. Альтернативно, он может быть использован в качестве восстановителя для получения металлического титана в способе FFC, в котором в качестве сырья используют оксид титана и который раскрыт в выложенной японской заявке 2002-517613. При использовании вышеуказанного смешанного расплава в качестве ванны электролита температура плавления ванны электролита может быть понижена, что приводит к снижению температуры электролиза, и в результате может быть снижена растворимость металлического кальция в хлориде кальция. Кроме того, так как при использовании смешанного расплава доля хлорида кальция в ванне электролита понижается, может быть уменьшено количество металлического кальция, растворяющегося в ванне электролита, по сравнению со случаем, когда в качестве ванны электролита используется только один хлорид кальция. Следует отметить, что вместо упомянутого выше хлорида калия могут быть использованы хлорид натрия или фторид кальция. В этом случае содержание хлорида натрия в эвтектическом составе с хлоридом кальция составляет 54%. Кроме того, содержание фторида кальция в эвтектическом составе с хлоридом кальция составляет 20%. Поэтому в случае использования любого из этих хлоридов предпочтительна ванна 2 электролита, имеющая вышеупомянутый эвтектический состав или состав не больше этого. Таким образом, при практической реализации настоящего изобретения может быть понижена температура плавления ванны электролита и может быть уменьшена растворимость металлического кальция в ванне электролита. В результате, металлический кальций, образующийся согласно настоящему изобретению, может быть эффективно извлечен по сравнению с традиционными способами. Примеры Пример 1. С использованием электролизера, показанного на чертеже, при поддержании температуры ванны электролита, состоящей из 75 мол.% хлорида кальция и 25 мол.% хлорида калия, на уровне 650 С и приложении напряжения 4,5 В между выполненным из углерода анодом 3 и выполненным из углеродистой стали катодом 4 начинают электролиз солевого расплава хлорида кальция. В процессе электролиза этого солевого расплава металлический кальций осаждался на катоде в твердом состоянии. После осаждения заданного количества металлического кальция на катоде в твердом состоянии прекращали подачу электроэнергии к положительному электроду и катоду. После чего катод с осажденным на его поверхности металлическим кальцием переносили в емкость извлечения, которую нагревали до тем-5 011110 пературы не ниже, чем температура плавления металлического кальция, и осажденный на поверхности катода металлический кальций расплавляли с целью его извлечения. Отношение количества реально извлеченного металлического кальция к количеству образовавшегося металлического кальция, рассчитанному по пропущенному через ванну электролита электричеству, составило 85%. Было подтверждено, что реакция электролиза может быть осуществлена с высокой эффективностью. Пример 2. С использованием электролизера, показанного на чертеже, при поддержании температуры ванны электролита, состоящей из 85 мол.% хлорида кальция и 15 мол.% хлорида калия, на уровне 730 С и приложении напряжения 5,0 В между выполненным из углерода анодом 3 и выполненным из низкоуглеродистой стали катодом 4 начинали электролиз солевого расплава хлорида кальция. В процессе электролиза этого солевого расплава металлический кальций в твердом состоянии всплывал на поверхность ванны вокруг катода. Ванну электролита и металлический кальций отводили и извлекали с поверхности ванны вокруг катода. Измеренное содержание извлеченного кальция в ванне электролита составляло 50%. Количество образовавшегося металлического кальция определяли исходя из извлеченного количества и концентрации и вычисляли отношение к теоретически образующемуся количеству,рассчитанному по продолжительности подачи электричества. В результате, было подтверждено, что извлекали металлический кальций с выходом не менее 75%. Эту операцию повторяли, и при этом эффективность улучшалась. Пример 3. С использованием электролизера, показанного на чертеже, при поддержании температуры ванны электролита, состоящей из 85 мол.% хлорида кальция и 15 мол.% хлорида калия, на уровне 950 С и приложении напряжения 5,0 В между выполненным из углерода анодом 3 и выполненным из низкоуглеродистой стали катодом 4 начинали электролиз солевого расплава хлорида кальция. В процессе электролиза этого солевого расплава металлический кальций в расплавленном состоянии всплывал на поверхность ванны вокруг катода. Ванну электролита и расплавленный металлический кальций отводили и извлекали с поверхности ванны вокруг катода. Расплавленный кальций извлекали и измеряли концентрацию извлеченного кальция в ванне электролита, которая составляла 30%. Количество образовавшегося металлического кальция определяли исходя из извлеченного количества и концентрации и вычисляли отношение к теоретически образующемуся количеству, рассчитанному по продолжительности подачи электричества. В результате, было подтверждено извлечение металлического кальция с выходом не менее 60%. Эту операцию повторяли, и при этом эффективность улучшалась. В качестве дополнительного эксперимента, поддерживали температуру ванны электролита, состоящей из 85% хлорида кальция и 15% хлорида калия, при 950 С и измеряли растворимость в ней кальция в состоянии насыщения, которая составляла 2,8%. Пример 4. За исключением того, что к хлориду кальция добавляли 20 мол.% фторида кальция вместо хлорида калия, исследования электролиза проводили при тех же самых условиях, что и в примере 3. Количество извлеченного металлического кальция в этом примере 4 составляло 70% от теоретического значения. Пример 5. Приготавливали солевой расплав, в котором доля добавленного к хлориду кальция хлорида калия составляла 25 мол.%, и к этому солевому расплаву добавляли металлический кальций, соответствующий 10 мас.% от суммарной массы всех расплавленных солей, для проведения исследований по нагреванию и плавлению. При проведении этих исследований температуру нагревания устанавливали на нескольких уровнях для определения ее влияния на степень извлечения металлического кальция. В результате, как показано в таблице, при повышении температуры в интервале температуры нагревания от 800 до 1000 С наблюдалась тенденция к постоянному понижению степени извлечения металлического кальция. Однако, когда температура нагревания была выше 1000 С, наблюдалась сильная тенденция к понижению степени извлечения. Полагают, что причина этого заключается в том, что при повышении температуры ванны повышаются и потери металлического кальция в результате испарения, и растворимость металлического кальция в солевом расплаве. Кроме того, аналогичные исследования были проведены в случаях с сочетаниями хлорида натрия и хлорида кальция и сочетаниями фторида кальция и хлорида кальция, и при этом были получены результаты, аналогичные результатам в случае хлорида калия. Единицы: мас.%Величины в скобках являются эвтектическими составами. Сравнительный пример 1. Начиная электролиз солевого расплава хлорида кальция, ванну электролита, состоящую только из хлорида кальция, поддерживали при температуры 900 С, напряжение 4,5 В прикладывали к выполнен-6 011110 ному из углерода аноду и выполненному из углеродистой стали катоду. В данном случае наблюдали малое количество расплавленного металлического кальция на поверхности ванны электролита. Ванну электролита вблизи поверхности отводили для анализа на концентрацию металлического кальция, которая составляла 1%. В дополнении к исследованию электролиза определяли растворимость кальция в состоянии насыщения в хлориде кальция при 900 С, и она составляла 3,2%. Как было показано выше, согласно настоящему изобретению может быть эффективно получен металл, используемый для восстановления оксидов или хлоридов титана. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения металла, выбранного из кальция, калия или натрия, электролизом солевого расплава, включающий в себя стадию заполнения хлоридом соответствующего металла в качестве солевого расплава электролизера с анодом и катодом, при этом солевой расплав содержит по меньшей мере одну дополнительную соль, выбранную из хлорида кальция, хлорида калия, хлорида натрия и фторида кальция, которая уменьшает растворимость упомянутого металла в этом солевом расплаве, и при этом соотношение дополнительной соли к солевому расплаву не превышает эвтектического состава дополнительной соли по отношению к солевому расплаву. 2. Способ по п.1, в котором образовавшийся при электролизе металл извлекают отдельно или в виде смеси солевого расплава и металла. 3. Способ по п.1, в котором солевой расплав является смешанным расплавом хлорида кальция с хлоридом калия, хлоридом натрия или фторидом кальция и состав по хлориду калия, хлориду натрия или фториду кальция относительно хлорида кальция является эвтектическим составом или не превышает эвтектического состава. 4. Способ по п.1, в котором температура солевого расплава является не меньшей, чем эвтектическая температура смешанного расплава хлорида кальция с хлоридом калия, хлоридом натрия или фторидом кальция, и не большей чем 1000 С, и в котором образовавшийся при электролизе металл получают отдельно или в виде смеси солевого расплава и металла. 5. Способ по п.4, в котором растворимость металла в солевом расплаве не превышает 3%. 6. Способ получения металлического титана, включающий в себя стадию использования металла,полученного в способе по п.1, в качестве восстановителя тетрахлорида титана.

МПК / Метки

МПК: C25C 3/28

Метки: способ, металлического, металла, солевого, расплава, получения, электролизом, титана

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/8-11110-sposob-polucheniya-metalla-elektrolizom-solevogo-rasplava-i-sposob-polucheniya-metallicheskogo-titana.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ получения металла электролизом солевого расплава и способ получения металлического титана</a>

Похожие патенты