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熔盐电解TiO_2制取海绵钛新技术研究

郭胜惠  
【摘要】:尽管钛是一种具有优良的性能的新型材料,但现行的Kroll生产钛的工艺由于自身 难以克服的缺点,导致钛的价格剧高不下,应用领域受到很大的局限。熔盐电解TiO2 制取海绵钛新工艺是近年来发展起来的一种新型的钛提取冶金新技术,该方法对于开 拓新技术、新工艺在冶金中的应用,达到提高效率、节能、无污染等均有重要实际意 义。 本文研究了熔盐电解TiO2制取海绵钛新技术,对熔盐、TiO2及某些金属进行了热 力学分析、计算和选择、并设计了电解实验装置;计算确定了850℃下TiO2在CaCl2 熔盐体系中的电解槽电压为3. 0V,830℃下在K2TiF6体系中的槽电压为2. 0V; TiO2在熔体中的溶解能力研究的结果表明:在850℃CaCl2熔盐体系中,TiO2的溶 解度约为18%,在830℃纯的K2TiF6熔盐的溶解度约为16%。 实验研究了850℃下在CaCl2体系中采用三种不同加料工艺的电解过程,电子探针 和X衍射分析表明,阴极产物经处理后含钛量分别达到了94. 646%、80. 632%和 99. 784%;在830℃的K2TiF6熔盐中采用粉末TiO2电解时,电子探针分析表明,阴极 产物的含钛量达到了91. 193%:实验中对阳极的破损机理的研究表明电解过程中阳极 上有氧气放出。 本文研究了在CaCl2体系中电化学还原TiO2的机理,综合文献并通过对电解结束 后熔体的X衍射成分分析,结合实验过程中的现象,表明电解过程正常进行时主要的 反应机理为:Ti4+在阴极直接电解还原,O2-迁移到阳极上放电以O2形式从熔体中排 出。Ti4+的还原反应是逐级进行的,反应历程为: (1) TiO2+2e-→TiO+O2- (2) TiO+2e-→Ti+O2- 当电解参数出现波动时,熔盐中少量的CaCl2被电解,Ca2+被还原出来,Cl-在阳极上放 电,并以Cl2形式从熔体中排出;金属钙完全或部分的还原TiO2,得到单质Ti和 TixOy;生成的CaO与熔体中的TiO2以xCaO·yTiO2复合金属氧化物形式存在。


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