熔鹽電脫氧制備鈦中電解效率影響因素的研究.pdf

1、金屬鈦為密度小、比強度高、耐熱、耐腐蝕等性能優(yōu)異的結構及功能材料，有著廣泛的應用前景，但目前鈦的制備方法不能滿足其廣泛應用的需要，科研工作者一直尋求制取鈦的新工藝，其中以熔鹽電脫氧(FFC法)為代表的TiO2直接電解制取Ti工藝最具發(fā)展前景。但該方法的電解過程涉及固相傳質，相轉變等過程，從而電解反應速度較慢、電解時間長、電解效率低。
　　 本論文工作以FFC工藝為基礎，在完善實驗方案的基礎上，考察實驗條件(氣氛、電壓、溫度、熔鹽

2、)對TiO2陰極物相組成、微觀結構及電解產物的影響；考察樣品質量對電流的影響；探討了CaTiO3(電解形成的CaTiO3及摻雜的CaTiO3)對電解效率的影響。主要研究工作及內容概況如下：
　　 研究各種實驗條件下，氬氣氣氛有利于氧負離子的產生，在電壓作用下形成雙電層，使氧原子離子化，形成TiO2-x離子結構均能提高TiO2陰極的導電能力。在高溫條件下，TiO2晶體中由于產生氧空位，從而形成鈦的低價氧化物(TiO2-x)，以及陰

3、極熔鹽中滲透到TiO2陰極內部的導電離子數，進而影響陰極的導電性，活化電極以提高TiO2陰極的導電能力是重要的控制步驟。同時在同一實驗條件下，隨著陰極樣品質量的增加，電解產物的氧含量相對降低，鈦含量相對升高。由于質量少，壓制的樣品厚度越小，可縮短氧的擴散路徑，有利于電解脫氧，從而提高電解效率。電解過程中形成的CaTiO3，使得陰極結構致密、比表面積減小，阻礙了陰極中氧離子遷移，減少了電解有效反應面積，從而降低了TiO2的電解效率。

4、>　　 摻雜CaTiO3的TiO2使得電解產物脫氧變得充分，且縮短了電解時間，電解效率得以提高，且隨著摻雜CaTiO3增加電解效率逐漸提高。摻雜CaTiO3的樣品經燒結后形成孔隙較大CaTiO3作為電解過程中中間產物CaTiO3形成的生長界面，促進O2-擴散和遷移；且經摻雜的TiO2直接電解生成晶格畸變型CaTiO3，有利于電解階段Ca2+、O2-的脫除；摻雜的CaTiO3作為晶核，能在較短的時間內生成顆粒狀CaTiO3，增大電解有效