熱電還原法制備金屬鈦的研究.pdf

1、金屬鈦具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能，在航空、航天、化工及日常生活等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前生產(chǎn)鈦的Kroll法由于生產(chǎn)周期長、成本高，嚴(yán)重制約了金屬鈦的廣泛應(yīng)用。熔鹽中直接電解還原固態(tài)TiO2制備金屬鈦是一種新型的鈦冶煉方法，該方法流程短，能耗低，具有很好的發(fā)展前景。但目前研究主要集中于CaCl2-CaO熔鹽中直接電還原預(yù)成型TiO2片，存在著脫氧速率緩慢，產(chǎn)品殘氧量高，電流效率低、背景電流較大等問題。基于以上問題，本研究利用金屬鍶適宜的

2、密度及強的還原性，在SrCl2-KCl熔體中通過電還原SrO及鍶熱還原TiO2粉末相結(jié)合來制取金屬鈦，實現(xiàn)氯化物體系中鈦的連續(xù)穩(wěn)定電解。此外，針對氯化物體系易吸潮，金屬溶解度高，產(chǎn)品易被碳污染及易析出氯氣的缺點，探究了在SrF2-NaF共晶熔鹽體系中直接熔鹽電脫氧制取金屬鈦。
　　測定了TiO2及SrO在SrCl2-KCl體系中的溶解度和熔鹽體系的初晶溫度及密度，結(jié)果顯示TiO2在熔鹽中基本不溶，隨著溫度的升高及SrCl2含量的增

3、加，SrO在熔體中溶解度增大。80％SrCl2-20％KCl(wt％，下同)熔鹽的初晶溫度為638.1℃，800℃時SrO在其中溶解度為7.67％，熔體密度為2.515 g/cm3，隨溫度升高及SrO的加入，熔體密度降低。
　　1100～1300K條件下，采用活性陽極（石墨）時各物質(zhì)的理論分解電壓按SrCl2、KCl、SrO、TiO2的順序依次降低。電化學(xué)測試表明粉末狀TiO2在熔鹽中難以被氧離子化電還原，鍶熱還原占主體;TiO2

4、在電解過程中首先形成SrTiO3，再由SrTiO3進(jìn)一步還原為TixO，最終還原為金屬鈦。穩(wěn)定SrTiO3相及TixO中固溶氧的脫除是還原過程的控制步驟。
　　采用底部鉬片，內(nèi)置剛玉套筒的石墨坩堝為電解槽，80％SrCl2-20％KCl熔鹽中添加0.5％SrO，4gTiO2，電解時間5h，制得了氧含量為0.58％的金屬鈦，電流效率為31.13％。原料TiO2加入量過多將覆蓋在陰極鉬片上，導(dǎo)致電解緩慢，引入“流化床”理念，向熔體中通

5、入氬氣，使TiO2顆粒在熔體中懸浮，可加快電解過程。
　　分別以片狀TiO2及粉體TiO2為原料，研究了SrF2-NaF熔鹽中直接電脫氧制備金屬鈦。研究表明，在0％～100％范圍內(nèi)，添加劑含量每增加10％，預(yù)成型TiO2片氣孔率提升約5％。片體孔隙率是決定預(yù)成型TiO2片電解速率快慢的關(guān)鍵。在950℃共晶SrF2-NaF熔體中，TiO2片添加60％ NH4HCO3，氣孔率56.8％，3.0V電壓電解6h得到了金屬鈦。片狀TiO2按