熔鹽電解鈦精礦制備鈦鐵合金的機(jī)理研究.pdf

1、攀枝花西昌地區(qū)釩鈦磁鐵礦儲(chǔ)量十分豐富，經(jīng)尾礦二次選礦得到的鈦精礦是用來(lái)制取鈦白和富鈦料的主要原料，但因鈣、鎂含量高、品位低的特點(diǎn)使得鈦精礦無(wú)論用硫酸法、氯化法還是電爐熔煉法都存在一定局限。自2000年，熔鹽電解法制備金屬工藝(FFC)提出以來(lái)，不少研究者已成功制備得到Ti、Tb、Cr、Si、AlSi、TiV等金屬或合金。但由于該工藝自提出以來(lái)一直未能解決電解效率低等難題，因此目前仍處于基礎(chǔ)性研究階段，特別是在反應(yīng)機(jī)理、脫氧歷程以及改善電

2、流效率途徑等方面有待進(jìn)一步探索。本論文應(yīng)用FFC工藝，以鈦精礦為陰極，對(duì)陰極脫氧歷程、中間產(chǎn)物的形成、陰極導(dǎo)電性影響因素等進(jìn)行研究，通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算、Materials Studio軟件模擬計(jì)算、時(shí)間間斷電解實(shí)驗(yàn)、陰極重量在線監(jiān)測(cè)、不同熔鹽體系實(shí)驗(yàn)、循環(huán)伏安法和交流阻抗法等措施和方法實(shí)現(xiàn)。研究結(jié)果如下：
　　 測(cè)量不同燒結(jié)溫度下陰極導(dǎo)電性并結(jié)合礦相分析，得到燒結(jié)溫度對(duì)陰極導(dǎo)電性影響較大，隨燒結(jié)溫度增加，陰極內(nèi)部顆粒粘結(jié)相增多，從而

3、接觸點(diǎn)增多使導(dǎo)電性變好。
　　 熱力學(xué)計(jì)算表明熔鹽電解FeTiO3的過(guò)程中首先得到金屬Fe，其次發(fā)生TiO2的逐級(jí)電解反應(yīng)，可能的化合物價(jià)態(tài)變化為：TiO2→Ti3O5→Ti2O3→TiO→Ti，該過(guò)程會(huì)生成Fe2Ti，最后再生成FeTi。
　　 模擬計(jì)算表明，CaTiO3和鈦的低價(jià)氧化物相比結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，能夠逐漸轉(zhuǎn)化為鈦低價(jià)氧化物，是電解過(guò)程中的中間產(chǎn)物。
　　 實(shí)驗(yàn)研究表明熔鹽電解鈦精礦制備鈦鐵合金的過(guò)程主要分

4、為兩個(gè)階段，F(xiàn)e首先還原出來(lái)，且熔鹽中的Ca2+進(jìn)入陰極結(jié)合TiO2生成CaTiO3，其次是TiO2和CaTiO3電解為鈦的低價(jià)氧化物，生成Fe2Ti，最后通過(guò)擴(kuò)散形成FeTi；
　　 熔鹽水解可以生成CaTiO3，但在電解過(guò)程中熔鹽中的Ca2+進(jìn)入陰極和TiO2結(jié)合電子發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)才是其產(chǎn)生的主要原因。
　　 對(duì)陰極重量的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，判斷該過(guò)程中影響失氧速率的環(huán)節(jié)有兩個(gè)：一個(gè)是當(dāng)Fe還原出來(lái)后CaTiO3的生成：