一种涂覆法制备碳氧化钛电极的方法与流程

1.本发明涉及稀有金属提炼技术领域，尤其涉及一种涂覆法制备碳氧化钛电极的方法。


背景技术：

2.目前生产金属钛的方法包括镁还原法(kroll工艺)和ustb法，其中， ustb法是利用一氧化钛/碳化钛可溶性固溶体阳极电解生产纯钛的方法，其以碳质还原剂和含钛物料为原料，压制成型后高温真空还原后得到碳氧化钛固溶体tic
x
oy(x≈0.50，y≈0.50)，破碎后二次成型后烧结成电极，在含低价钛离子的氯化物熔盐体系中实施电解。电解过程中，固溶体中的钛以离子的形式进入熔盐，剩余的碳和氧以co的形式溢出电解体系，理论上阳极不会产生残碳，阴极上沉积得到纯的金属钛。
3.然而，在实际的电解过程中，传统方法制备的碳氧化钛电极在溶解过程中存在以下几种情况：一是由于制备的电极存在微观结构元素分布不均匀的问题，其电解过程中会生成无定形碳附着在电极表面，阻碍电解过程中离子的扩散，导致电极的溶解效率和电流效率降低；二是电解过程中阳极表面产生的气体会对电极表面形成冲刷，使阳极材料表面剥落成细小颗粒沉入电解槽底部，从而降低阳极的利用率。
4.因此，现有技术中存在对制备碳氧化钛电极的方法改进的需求。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种涂覆法制备碳氧化钛电极的方法，通过该方法制备的电极不易剥落、溶解效率高。
6.基于上述目的，本发明实施例的提供了一种涂覆法制备碳氧化钛电极的方法，该方法包括以下步骤：
7.a.将碳氧化钛破碎筛分，与造孔剂和粘结剂混合为混料，向混料中加水调制为浆料；
8.b.使用刮片将浆料涂覆于石墨基体上；
9.c.对涂覆后的石墨基体进行干燥并烧结以获得碳氧化钛电极。
10.在一些实施方式中，碳氧化钛的粒度为45um～2000um。
11.在一些实施方式中，造孔剂包括无机盐、聚乙烯醇。
12.在一些实施方式中，按重量百分比计，造孔剂的量占混料总量的 5％～30％。
13.在一些实施方式中，粘结剂包括淀粉、沥青。
14.在一些实施方式中，步骤a中的加水量占浆料总量的40％～95％。
15.在一些实施方式中，石墨基体为镂空的板状、圆柱状或桶状结构。
16.在一些实施方式中，步骤b中涂覆厚度为0～30mm。
17.在一些实施方式中，步骤c的烧结步骤包括：
18.升温至120℃时保持恒温1h；
19.升温至500℃时保持恒温1h；
20.升温至950℃时保持恒温1～3h。
21.在一些实施方式中，碳氧化钛通过碳热还原法制备。
22.本发明至少具有以下有益技术效果：
23.本发明提供了一种涂覆法制备碳氧化钛电极的方法，通过在石墨基体上涂覆并烧结混合浆料制备的碳氧化钛电极，避免了在电解过程中电极被气体冲刷导致的剥落问题，通过烧结形成的疏松多孔的结构使其具有相对较高的溶解性能，阳极溶解率从50％提升至80％以上，解决了碳氧化钛阳极在电极过程中溶解率低的问题。
具体实施方式
24.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明实施例进一步详细说明。
25.本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
26.此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
27.本发明提供了一种涂覆法制备碳氧化钛电极的方法，该方法包括以下步骤：
28.a.将碳氧化钛破碎筛分，与造孔剂和粘结剂混合为混料，向混料中加水调制为浆料；
29.b.使用刮片将浆料涂覆于石墨基体上；
30.c.对涂覆后的石墨基体进行干燥并烧结以获得碳氧化钛电极。
31.在一些实施方式中，步骤a中使用的碳氧化钛的粒度为45um～2000um，优选地，粒度为75um～200um，碳氧化钛通过碳热还原法制备。造孔剂为无机盐、聚乙烯醇等受热易分解或真空条件下易挥发的物质，造孔剂的量占混料总量的5％～30％，在一些优选实施例中，比例为15％～25％。进一步地，粘结剂为淀粉、沥青等含碳链的有机物，其比例占混料总量的5％～30％。步骤a中的加水量占浆料总量的40％～95％，在一些优选实施例中，加水量占浆料总量的60％～80％。
32.在一些实施方式中，步骤b的石墨基体为表面粗糙或镂空的板状、圆柱状或桶状结构。刮料时的涂覆厚度为0～30mm，在一些优选的实施例中，涂覆厚度为0～20mm。
33.在一些实施方式中，步骤c的烧结步骤包括：
34.升温至120℃附近保持恒温1h，升温至500℃附近保持恒温1h，升温至950℃附近保持恒温1～3h。
35.本发明的方法相比传统的碳氧化钛电极，具有阳极不会剥落，溶解效率高等优点。其中，造孔剂的作用是使电极具备疏松多孔的结构，为电解过程提供离子通道。粘结剂的作用包括：1、有一定的造孔作用；2、分解或挥发后形成一定强度的碳骨架，使电解过程中产生
的气体冲刷电极表面时电极不产生剥落。
36.以下以实际为例对本发明内容的进行进一步阐述。
37.实施例1
38.取碳氧化钛(粒度45um～2000um)60g，氯化铵20g，淀粉20g在三维混料机中混料30min，加入60g水分进行搅拌调浆，在厚度为5mm的石墨板上开孔，将浆料用刮片的方法均匀涂覆在石墨板两面，在空气中放置一段时间，待浆料不流动时进行二次涂覆，重复以上操作方式，待电极板厚度达到40mm时停止刮料，在室温条件下晾置24h后，送入105℃的烘箱中烘干12h。将上述坯料在真空或保护气氛下加热，升温速率10℃/min，分别在150℃、300℃、950℃恒温1h后降温出炉，既得到密度为1.0g/cm3的碳氧化钛电极。以该电极为阳极，在等摩尔比nacl-kcl熔盐体系中电解，电解完成后，阳极形状保持完整，阳极溶解率达到90％。
39.实施例2
40.取碳氧化钛(粒度75um～200um)70g，氯化钠10g，沥青(挥发份60％) 20g在三维混料机中混料30min，加入70g水分进行搅拌调浆，在厚度为5mm 的石墨筒上开孔，将浆料用刮片的方法均匀涂覆在石墨筒两面，在空气中放置一段时间，待浆料不流动时进行二次涂覆，重复以上操作方式，待浆料厚度达到15mm时停止刮料，在室温条件下晾置24h后，送入105℃的烘箱中烘干12h。将上述坯料在真空或保护气氛下加热，升温速率5℃/min，分别在120℃、350℃、900℃恒温1h后降温出炉，既得到密度为0.9g/cm3的碳氧化钛电极。以该电极为阳极，在等摩尔比nacl-kcl熔盐体系中电解，电解完成后，阳极形状保持完整，阳极溶解率达到93％。
41.以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
42.应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。
43.上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
44.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。