熔鹽電解TiO-,2-制備金屬鈦的研究.pdf

1、本文對(duì)熔鹽電解法制備鈦的技術(shù)進(jìn)行了回顧與總結(jié)，并分析了各自的特點(diǎn)，重點(diǎn)對(duì)近年來(lái)出現(xiàn)的熔鹽電解TiO2制備金屬鈦，即劍橋工藝（FFC工藝）的實(shí)驗(yàn)條件和過(guò)程參數(shù)進(jìn)行了研究。 在實(shí)驗(yàn)室自制的電解裝置上，分別就FFC工藝中陰極制備、熔鹽預(yù)處理、電解設(shè)備改進(jìn)、電解過(guò)程控制等方面進(jìn)行了探索性實(shí)驗(yàn)研究，并對(duì)電解過(guò)程基本的電化學(xué)特性進(jìn)行了初步研究。 陰極制備主要包括40MPa壓力下模壓成型、兩段式燒結(jié)（1小時(shí)內(nèi)升至550℃保溫1小時(shí)，再

2、1小時(shí)升溫至900℃保溫8小時(shí)）及燒結(jié)后TiO2塊打孔用鉬棒串接三個(gè)主要環(huán)節(jié)；實(shí)驗(yàn)中選用CaCl2作為電解熔鹽，并對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理（100℃，保溫1小時(shí)； 300℃，保溫2小時(shí)）；經(jīng)熱力學(xué)計(jì)算，還原鈦氧化物的氧分壓至少要低于5.11×10-7Pa，結(jié)合電解過(guò)程中所用熔鹽CaCl2有極強(qiáng)的吸水性的特點(diǎn)，電解裝置應(yīng)有較高的密封性，自行設(shè)計(jì)了一套密封性可靠的電解裝置，便于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中熔鹽預(yù)處理和氧分壓的控制；通過(guò)干燥處理預(yù)電解過(guò)程中Ar流量大約為

3、1.5L/min、電壓為2.8 V、溫度為850℃、時(shí)間為2小時(shí)，電解過(guò)程中Ar流量大約為0.2L/min、電壓為3.1V、溫度為900℃，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明電解時(shí)間與TiO2質(zhì)量密切相關(guān)，質(zhì)量越大需要電解的時(shí)間越長(zhǎng)；通過(guò)自來(lái)水沖洗—稀鹽酸浸泡、洗滌—在超聲波輔助作用下稀鹽酸洗滌，可減少熔鹽及其它雜質(zhì)對(duì)電解產(chǎn)物檢測(cè)結(jié)果的影響；最后，通過(guò)循環(huán)伏安法、計(jì)時(shí)電流法對(duì)電解機(jī)理的研究，確定電解還原TiO2制備金屬鈦主要經(jīng)歷了TiO2－TiO－Ti的過(guò)程

4、。 電解樣品經(jīng)洗滌、干燥后,采用配有X光電子能譜儀(XPS)的掃描電鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）和化學(xué)分析等方法，對(duì)電解還原產(chǎn)物進(jìn)行了分析，結(jié)合電化學(xué)特性研究，確定TiO2陰極的還原是由外向內(nèi)、由高價(jià)到低價(jià)再到金屬逐步進(jìn)行的。在實(shí)驗(yàn)室成功制備得到了鈦含量分別為99.113％，99.057％，91.74％，對(duì)應(yīng)質(zhì)量分別為6.5g，10.8g和22.5g的電解樣品。結(jié)果表明，在熔鹽CaCl2中可通過(guò)直接電解TiO2的方法制備鈦