熔鹽電解鈦精礦制備鈦鐵合金的機理研究.pdf

1、攀枝花西昌地區(qū)釩鈦磁鐵礦儲量十分豐富，經(jīng)尾礦二次選礦得到的鈦精礦是用來制取鈦白和富鈦料的主要原料，但因鈣、鎂含量高、品位低的特點使得鈦精礦無論用硫酸法、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，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)機理、脫氧歷程以及改善電

2、流效率途徑等方面有待進一步探索。本論文應(yīng)用FFC工藝，以鈦精礦為陰極，對陰極脫氧歷程、中間產(chǎn)物的形成、陰極導(dǎo)電性影響因素等進行研究，通過熱力學(xué)計算、Materials Studio軟件模擬計算、時間間斷電解實驗、陰極重量在線監(jiān)測、不同熔鹽體系實驗、循環(huán)伏安法和交流阻抗法等措施和方法實現(xiàn)。研究結(jié)果如下：
　　 測量不同燒結(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、接觸點增多使導(dǎo)電性變好。
　　 熱力學(xué)計算表明熔鹽電解FeTiO3的過程中首先得到金屬Fe，其次發(fā)生TiO2的逐級電解反應(yīng)，可能的化合物價態(tài)變化為：TiO2→Ti3O5→Ti2O3→TiO→Ti，該過程會生成Fe2Ti，最后再生成FeTi。
　　 模擬計算表明，CaTiO3和鈦的低價氧化物相比結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，能夠逐漸轉(zhuǎn)化為鈦低價氧化物，是電解過程中的中間產(chǎn)物。
　　 實驗研究表明熔鹽電解鈦精礦制備鈦鐵合金的過程主要分

4、為兩個階段，F(xiàn)e首先還原出來，且熔鹽中的Ca2+進入陰極結(jié)合TiO2生成CaTiO3，其次是TiO2和CaTiO3電解為鈦的低價氧化物，生成Fe2Ti，最后通過擴散形成FeTi；
　　 熔鹽水解可以生成CaTiO3，但在電解過程中熔鹽中的Ca2+進入陰極和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。
　　 對陰極重量的變化進行監(jiān)測，判斷該過程中影響失氧速率的環(huán)節(jié)有兩個：一個是當(dāng)Fe還原出來后CaTiO3的生成：