FFC法陰極TiO2中摻入TiO制備Ti的研究.pdf

1、金屬鈦?zhàn)鳛橐环N銀白色金屬，其具有密度小、強(qiáng)度高、抗腐蝕能力強(qiáng)、抗疲勞等優(yōu)越的性能。在船舶業(yè)、工業(yè)、航空航天業(yè)、醫(yī)療業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，是目前最具有發(fā)展前景的結(jié)構(gòu)和功能材料。傳統(tǒng)制備鈦的Kroll法是當(dāng)今生產(chǎn)海綿鈦?zhàn)钪饕姆椒?，然而其生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，不能連續(xù)化生產(chǎn)等一系列問(wèn)題限制了其使用價(jià)值。2000年以來(lái)，國(guó)際上大量的研究者對(duì)鈦的制備方法做了相關(guān)研究，掀起了一股研究熱潮，其中最具發(fā)展前景的方法是直接電解還原TiO2制取Ti

2、的FFC工藝。本文以FFC工藝為基礎(chǔ)，通過(guò)向TiO2中摻入不同比例的TiO進(jìn)行電解，從而考察了低溫?zé)Y(jié)對(duì)TiO2陰極微觀結(jié)構(gòu)以及電解產(chǎn)物的影響；分析了不同陰極構(gòu)造對(duì)電解的影響從而確定適宜的電解條件；在分析CaTiO3形成原因及其對(duì)電解的影響基礎(chǔ)之上研究了摻入TiO對(duì)CaTiO3的影響進(jìn)而探究其對(duì)電解的影響；探究了摻雜不同含量TiO導(dǎo)致陰極片電導(dǎo)率、比表面積、孔隙率和微觀形貌的變化；研究了摻雜不同比例TiO對(duì)電解還原的影響，尋找電解脫氧的

3、最佳摻入TiO比例。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴為防止TiO在高溫下發(fā)生氧化，需使TiO在低溫下進(jìn)行燒結(jié)，尋找到合適的燒結(jié)溫度成為本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，本文研究了不同溫度下燒結(jié)對(duì)TiO組成的影響，從而確定TiO被氧化溫度為400℃左右。燒結(jié)溫度對(duì)陰極片顆粒有一定的影響，隨燒結(jié)溫度的增加，顆粒團(tuán)聚更為明顯，導(dǎo)電率逐漸增大，有利于電子的傳輸。對(duì)比燒結(jié)前后陰極片的導(dǎo)電性，結(jié)合燒結(jié)能達(dá)到的最高溫度確定了最佳燒結(jié)溫度為300℃。⑵由于本實(shí)驗(yàn)采用30

4、0℃燒結(jié)使得燒結(jié)后陰極片強(qiáng)度不夠高，必須采用陰極片載體加以支撐。本文分析了三種不同陰極載體(自制銅籃、鉬籃、鈦籃)對(duì)電解產(chǎn)物所產(chǎn)生的影響，發(fā)現(xiàn)利用銅絲編制而成的銅籃具有較強(qiáng)的傳輸電子能力，并對(duì)熔鹽中離子的傳輸阻礙較弱，電解效果相對(duì)較好，因此選用銅籃作為實(shí)驗(yàn)陰極的支撐體。⑶對(duì)CaTiO3的形成加以分析，其主要形成來(lái)自于水解作用、溫度作用和電子作用三種方式。由于形成的CaTiO3為塊狀固體，顆粒較大，電解初期陰極片表層產(chǎn)生的顆粒之間幾乎呈無(wú)

5、孔狀態(tài)，使得各離子在陰極片內(nèi)外的傳輸相對(duì)困難。因此， CaTiO3的形成對(duì)電解起阻礙作用。摻入TiO后，其能與CaTiO3直接化合形成CaTi2O4，此反應(yīng)能縮短電解過(guò)程，減小CaTiO3的阻礙作用。⑷通過(guò)對(duì)摻入TiO為0％、5%、9%、17%的TiO2陰極片的導(dǎo)電率、比表面積及孔隙情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)由于TiO的摻入使得其與TiO2顆粒相互聚合形成較大團(tuán)狀顆粒，因此陰極片的比表面積隨著其摻入量的增加逐漸減小。對(duì)摻入不同含量的TiO電解結(jié)