二氧化鈦熔鹽電解制取鈦的實驗及機理研究.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、比強度高、耐腐蝕、耐高溫低溫和適用溫度范圍廣等特點。但是鈦的制取卻很困難，尤其是工業(yè)中對鈦的純度要求很高，導致鈦的制備工藝更加復雜。目前，傳統(tǒng)的Kroll法生產(chǎn)鈦的工藝雖然已經(jīng)很成熟，但仍然存在很多問題，如工藝復雜，生產(chǎn)周期長，不能連續(xù)化等等。自2000年以來，國際上掀起了TiO2電化學還原制備海綿鈦的研究熱潮。該方法是一種低能耗、無污染的綠色冶金新工藝。目前以這種方法為基礎，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)展前景的無污染綠色冶金新工藝。 本文在FFC電解工藝基礎上，對工藝過程及實驗裝置做了相應的改進和完善，進行了一系列的電解實驗，得到了一定純度的鈦。通過對實驗裝置的改進、熔鹽和氬氣的預處理，確保了實驗的順利進行。在陰極制備過程中，通過在二氧化鈦粉末中添加碳粉的工藝，證實了二氧化鈦配碳燒結(jié)可以增加二氧化鈦的孔隙度，并通過相應的計

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﹪。實驗所需的氧勢很低，計算表明增大氬氣流速和提高通氬氣的時間，使得氧分壓降至足夠低，可以確保實驗的順利進行。 通過熱力學計算，得到了TiO2逐級還原各階段的理論分解電壓。計算結(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程是逐級還原的過程，在電解過程中不同的階段加載不同的電壓，可

4、以提高電流效率。實驗結(jié)果表明，通過熔鹽電解TiO2制各鈦的實驗得到了純度較高的海綿鈦，TiO2的電解是由外向內(nèi)依次進行的，隨著電解試樣質(zhì)量的增加，電解電流也隨之增大。認為反應機理是陰極氧的離子化的原位還原反應。通過電化學和熱力學的理論研究證實：TiO2的還原過程是由高價到低價再到金屬逐級進行的，最低價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)物的分析檢測結(jié)果一致。實驗過程中電流效率難以提高的主要原因是由于大量副反應的存在，研究了