本發明屬于鈦冶金工業技術領域，具體涉及從鈦電解陰極產物中分離金屬鈦的方法。
背景技術：
鈦及鈦制品具有優異的性能，廣泛應用于航天航空、醫療等行業。為降低鈦的生產成本，拓寬其應用領域，科研機構致力于研發熔鹽電解工藝以取代鎂還原工藝，形成了FFC、MER、USTB法等一系列新工藝。
CN101914788A公開了一種制備金屬鈦的方法，該方法將含鈦原料配入過量的含碳還原劑生成碳化鈦或者在配入過量含碳還原劑的同時通入氮氣生成氮化鈦或碳氮化鈦，以碳化鈦、氮化鈦或碳氮化鈦作為可溶陽極，以金屬材料作為陰極，以鈦鹵化物和堿金屬或堿土金屬鹵化物為電解質，進行電解，以獲得金屬鈦粉。電解后陰極產物為鈦、鈦鹵化物以及堿金屬或堿土金屬鹵化物的混合物，通常采用酸溶液洗滌、水洗方式除去其中的鈦鹵化物和堿金屬或堿土金屬鹵化物，從而獲得鈦粉。然而采用該方法獲得的鈦粉中O、H含量超標。
CN103088370B公開了對上述專利獲得產品的改進方法，即將電解后含氯化物的陰極產物先與有機溶劑進行第一接觸，除去其中的低價氯化鈦，然后再采用水洗方式來克服低價鈦離子在洗滌過程中帶來的產品中O和H超標問題。但該方法存在有機溶劑溶解低價氯化鈦效率低問題，其原因主要為低價氯化鈦受堿金屬或堿土金屬氯化物的包裹作用，直接阻礙了低價氯化鈦向有機溶劑的擴散。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是提供一種從鈦電解陰極產物中分離金屬鈦的方法。該方法包括以下步驟：將鈦電解結束后的陰極放入液鎂中，反應結束后，取出陰極，去除陰極表面的液鎂，再從陰極上分離得到金屬鈦。
優選的，上述方法中，所述液鎂的溫度控制為鈦電解時的電解溫度。
優選的，上述方法中，所述液鎂的量需完全沒過陰極上的陰極產物。
優選的，上述方法中，所述反應終點以電解質中檢測不到鈦離子為止。
優選的，上述方法中，采用真空蒸餾的方式去除陰極表面的液鎂。
進一步的，上述方法中，所述真空蒸餾的溫度為700～780℃。
進一步的，上述方法中，所述真空蒸餾的終點以真空度＜0.1Pa為止。
本發明鈦電解陰極上分離金屬鈦的方法，選擇液鎂為除雜劑，通過控制工藝參數，在保證成品金屬鈦粉結構不被破壞的情況下，盡可能完全地去除了雜質，且產品中O、H含量較低。本發明有效解決了傳統洗滌帶來的產品中O和H元素污染問題和高溫蒸餾帶來的鈦粉燒結問題，且分離的電解質和液鎂均可再回收利用，節約成本。
具體實施方式
由于現有鈦電解得到的金屬鈦粉中O、H含量超標，本發明欲提供一種更優的從鈦電解陰極產物中分離金屬鈦粉的方法。該方法利用液鎂為除雜劑，合理控制了液鎂與低價氯化鈦的反應溫度，去除了電解質堿金屬或堿土金屬、低價氯化鈦等雜質，最后又選擇了合適的條件去除了陰極表面附著的液鎂，最終得到了質量較優的金屬鈦粉。
從鈦電解陰極產物中分離金屬鈦的方法，包括以下步驟
(1)將鈦電解結束后的帶電解產物的陰極棒直接放在液鎂中進行反應，陰極電解產物中夾雜有金屬鈦、電解質堿金屬或堿土金屬氯化物、低價氯化鈦；其中低價氯化鈦被液鎂還原為鈦和氯化鎂，當電解質中檢測不到鈦離子時反應結束；反應方程式如下：
其中2≤x≤3
反應結束后，陰極電解產物夾雜的電解質堿金屬或堿土金屬氯化物、生產的氯化鎂在密度差的作用下與液鎂分層；
(2)取出陰極棒，其表面附著有液鎂；將陰極棒轉移至蒸餾爐內，真空蒸餾除去表面的液鎂，冷卻后取出陰極棒，然后再通過常規方法取下金屬鈦即可。
為了保證金屬鈦的結構形貌，所述液鎂的溫度控制為鈦電解時的電解溫度。
為了保證低價氯化鈦與液鎂充分完全反應，所述液鎂的量應完全沒過陰極電解產物，以確保陰極的所有電解質均與液鎂接觸除去。
為了保證金屬鈦的結構，所述真空蒸餾時所控制的溫度為電解溫度700～780℃。所述真空蒸餾的終點為真空度＜0.1Pa。
本發明方法中與液鎂分層的鈦電解產物澄清分離后可繼續返回電解系統回收利用；真空蒸餾獲得的蒸餾鎂同樣可返回再利用。
本發明方法中所述的鈦電解是指：通過電解方式獲得金屬鈦的方法，主要包括陰極TiO2脫氧工藝、導電的可溶陽極工藝(原料為鈦廢品和含低價鈦氧化物、碳化物、氮化物等，如TiO、TiC、TiN等等)和鈦酸鹽電解工藝(氟鈦酸鹽和氯鈦酸鹽)，其共同特點為產品均在陰極吸附。
鈦電解獲得的陰極產物主要制備粉末狀的金屬鈦，其可直接用于粉末冶金領域，相比鎂熱法流程獲得海綿鈦流程，能顯著節約后續加工制作成本。而鎂熱法制備的海綿鈦的后處理蒸餾工藝要求溫度一般控制在950～1020℃，如果在該溫度下處理陰極產物，鈦粉會出現燒結，嚴重影響其粉末冶金性能，且950～1020℃僅適合蒸餾Mg和MgCl2，對于高沸點熔鹽如NaCl、CaCl2等則需要更高的溫度才能確保電解質被蒸餾除去，故金屬鈉還原法(Hunter法)獲得鈦也是通過濕法冶金方式除去其中的NaCl的。因此通過蒸餾法除去電解鈦陰極中的電解質僅是一種理想的處理方法。
然而，本發明人經過研究，對鈦電解后的陰極產物先在液鎂的環境下將生成的副產物低價氯化鈦進行處理，然后再對殘留的液鎂通過蒸餾的方式除去，最后得到了品質較好的金屬鈦。
下列實施例鈦離子檢測參照行業標準YS/T514.1-2009進行測定，O和H元素檢測分別參照國家標準GB/T4698.7-2011和GBT 4698.15-2011進行測定。
實施例1
鈦電解結束后，取下將陰極產物連同陰極，在氬氣保護氣氛下熱態移至680℃的液鎂中，待電解質中檢測不到鈦離子時(鈦離子檢測遵照行業標準YS/T514.1-2009)，將產物轉移至蒸餾爐內，控制蒸餾溫度為750℃進行真空蒸餾操作，當體系真空穩定到＜0.1Pa后，停止蒸餾操作，冷卻取出，分析其中O和H含量分別為50PPm和2PPm。
實施例2
鈦電解結束后，取下將陰極產物連同陰極，在氬氣保護氣氛下熱態移至700℃的液鎂中，待電解質中檢測不到鈦離子時(鈦離子檢測遵照行業標準YS/T514.1-2009)，將產物轉移至蒸餾爐內，控制蒸餾溫度為780℃進行真空蒸餾操作，當體系真空穩定到＜0.1Pa后，停止蒸餾操作，冷卻取出，分析其中O和H含量分別為23PPm和1PPm。
對比例1
在實施例1相同的電解條件下，待電解結束后，提出陰極產物，經冷卻后取下移至0.5％(質量濃度)的鹽酸溶液中，控制固液比為8︰1，溶出陰極產物中所有電解質，過濾分離，然后采用去離子水重復洗滌至濾液不能使硝酸銀溶液變渾濁后，將60℃的烘箱內，干燥12h后，取樣分析鈦粉中O和H含量分別為350PPm和30PPm。
對比例2
在實施例1相同的電解條件下，待電解結束后，提出陰極產物，經冷卻后取下移乙醇溶液中，控制固液比為10︰1進行濕法球磨，溶出電解質中的低價氯化鈦離子，過濾分離，然后采用去離子水重復洗滌至濾液不能使硝酸銀溶液變渾濁后，將60℃的烘箱內，干燥12h后，取樣分析鈦粉中O和H含量分別為200PPm和10PPm。
并且，本發明方法蒸餾獲得1kg鈦粉電耗約3.5kWh，便可實現電解質和蒸餾鎂的回收，電解質回收率大約在95％，液鎂回收率約98％，相比傳統水洗方法獲得1kg鈦粉需要15kg左右廢鹽水，大約需要15kWh電才能回收其中的電解質，回收率約在92％。所以，從經濟成本角度而言，本發明方法具有明顯的經濟優勢。