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(qiáng)度高、耐熱、耐腐蝕等性能優(yōu)異的結(jié)構(gòu)及功能材料，有著廣泛的應(yīng)用前景，但目前鈦的制備方法不能滿足其廣泛應(yīng)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(guò)程涉及固相傳質(zhì)，相轉(zhuǎn)變等過(guò)程，從而電解反應(yīng)速度較慢、電解時(shí)間長(zhǎng)、電解效率低。
　　 本論文工作以FFC工藝為基礎(chǔ)，在完善實(shí)驗(yàn)方案的基礎(chǔ)上，考察實(shí)驗(yàn)條件(氣氛、電壓、溫度、熔鹽

2、)對(duì)TiO2陰極物相組成、微觀結(jié)構(gòu)及電解產(chǎn)物的影響；考察樣品質(zhì)量對(duì)電流的影響；探討了CaTiO3(電解形成的CaTiO3及摻雜的CaTiO3)對(duì)電解效率的影響。主要研究工作及內(nèi)容概況如下：
　　 研究各種實(shí)驗(yàn)條件下，氬氣氣氛有利于氧負(fù)離子的產(chǎn)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(jié)構(gòu)均能提高TiO2陰極的導(dǎo)電能力。在高溫條件下，TiO2晶體中由于產(chǎn)生氧空位，從而形成鈦的低價(jià)氧化物(TiO2-x)，以及陰

3、極熔鹽中滲透到TiO2陰極內(nèi)部的導(dǎo)電離子數(shù)，進(jìn)而影響陰極的導(dǎo)電性，活化電極以提高TiO2陰極的導(dǎo)電能力是重要的控制步驟。同時(shí)在同一實(shí)驗(yàn)條件下，隨著陰極樣品質(zhì)量的增加，電解產(chǎn)物的氧含量相對(duì)降低，鈦含量相對(duì)升高。由于質(zhì)量少，壓制的樣品厚度越小，可縮短氧的擴(kuò)散路徑，有利于電解脫氧，從而提高電解效率。電解過(guò)程中形成的CaTiO3，使得陰極結(jié)構(gòu)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(yīng)面積，從而降低了TiO2的電解效率。

4、>　　 摻雜CaTiO3的TiO2使得電解產(chǎn)物脫氧變得充分，且縮短了電解時(shí)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(jīng)燒結(jié)后形成孔隙較大CaTiO3作為電解過(guò)程中中間產(chǎn)物CaTiO3形成的生長(zhǎng)界面，促進(jìn)O2-擴(kuò)散和遷移；且經(jīng)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(shí)間內(nèi)生成顆粒狀CaTiO3，增大電解有效