二氧化鈦熔鹽電解制取鈦的實(shí)驗(yàn)及機(jī)理研究.pdf

1、鈦是一種性能優(yōu)越的結(jié)構(gòu)材料和功能材料，具有密度小、比強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫低溫和適用溫度范圍廣等特點(diǎn)。但是鈦的制取卻很困難，尤其是工業(yè)中對(duì)鈦的純度要求很高，導(dǎo)致鈦的制備工藝更加復(fù)雜。目前，傳統(tǒng)的Kroll法生產(chǎn)鈦的工藝雖然已經(jīng)很成熟，但仍然存在很多問(wèn)題，如工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，不能連續(xù)化等等。自2000年以來(lái)，國(guó)際上掀起了TiO2電化學(xué)還原制備海綿鈦的研究熱潮。該方法是一種低能耗、無(wú)污染的綠色冶金新工藝。目前以這種方法為基礎(chǔ)，研究比較多

2、的制取鈦的新工藝有：FFC法，EMR法，OS法等，其中以FFC為代表的TiO2直接電解制取鈦的工藝是最具發(fā)展前景的無(wú)污染綠色冶金新工藝。 本文在FFC電解工藝基礎(chǔ)上，對(duì)工藝過(guò)程及實(shí)驗(yàn)裝置做了相應(yīng)的改進(jìn)和完善，進(jìn)行了一系列的電解實(shí)驗(yàn)，得到了一定純度的鈦。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)、熔鹽和氬氣的預(yù)處理，確保了實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。在陰極制備過(guò)程中，通過(guò)在二氧化鈦粉末中添加碳粉的工藝，證實(shí)了二氧化鈦配碳燒結(jié)可以增加二氧化鈦的孔隙度，并通過(guò)相應(yīng)的計(jì)

3、算得到配碳燒結(jié)前后二氧化鈦的孔隙度分別為34.61﹪和36.45﹪。實(shí)驗(yàn)所需的氧勢(shì)很低，計(jì)算表明增大氬氣流速和提高通氬氣的時(shí)間，使得氧分壓降至足夠低，可以確保實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。 通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算，得到了TiO2逐級(jí)還原各階段的理論分解電壓。計(jì)算結(jié)果表明，TiO2直接電解制取鈦的理論分解電壓很高，而TiO2逐級(jí)電解各階段的理論分解電壓均低于此值，因此TiO2直接電解制取鈦的過(guò)程是逐級(jí)還原的過(guò)程，在電解過(guò)程中不同的階段加載不同的電壓，可

4、以提高電流效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)熔鹽電解TiO2制各鈦的實(shí)驗(yàn)得到了純度較高的海綿鈦，TiO2的電解是由外向內(nèi)依次進(jìn)行的，隨著電解試樣質(zhì)量的增加，電解電流也隨之增大。認(rèn)為反應(yīng)機(jī)理是陰極氧的離子化的原位還原反應(yīng)。通過(guò)電化學(xué)和熱力學(xué)的理論研究證實(shí)：TiO2的還原過(guò)程是由高價(jià)到低價(jià)再到金屬逐級(jí)進(jìn)行的，最低價(jià)鈦氧化物的理論分解電壓最高，是限制性環(huán)節(jié)，與電解產(chǎn)物的分析檢測(cè)結(jié)果一致。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電流效率難以提高的主要原因是由于大量副反應(yīng)的存在，研究了