熔盐电脱氧法制备金属Ti的最新研究进展

壹
选择 CaCl2 作电解质是因为:
背 ①O2 - 离子在 CaCl2 内溶解度 较大;
景 ②CaCl2 容易溶解于水;
及 ③无毒廉价容易得到。 现在人们 一般都采用 CaCl2-NaCl 混合
实
电解质体系, 因为混合熔盐的熔化 温度较纯 CaCl2 的低 , 更 重要的是 NaCl 的加入可以降低 CaO 在熔盐中的活度。
法
或 C+2O2 - =CO2 +4e- (3)
因为该反应过程为固态阴极在熔盐中的电化学脱氧反应, 所以整
壹 个过程可能包括的环节有:(1)TiO2 片体中的 Ti 离子得电子, 离解 ， 出O2 -;(2) 反应初期直接进行第(3)步;反应进行一定时间后, 固体 引 氧化物中O2 -由固相向熔盐中扩散;(3) O2 -在熔盐中向阳极迁移;(4) 言 O2 -在阳极失电子形成氧气 后在阳极析出。 上述各环节中速度最慢的成为整个电解过程的限制性环节, 学者 认为此过程的限制环节为环节(2)。 如何 制备电化学性能较好的 阴极, 使得氧离子能够以较快的速度扩 散到熔盐中已经成为提高 电解效率的重要手段。
熔盐电脱氧法制备金属Ti的最新研究进展
目 录
壹贰 叁
背 熔盐电 结 景 脱氧法 果 及 的发展 与 实 状况及 讨 验 其优缺 论 方 点分析 法
第壹章
背景及实验方法
FFC发展： 1、1996 年 Chen Zheng 在实验中发现, Ti 箔表面上的 TiO2 氧 化层可 以用熔盐电化学的方法直接还原成金属单质 Ti； 2、在 Fray De rek J 的建议下把 TiO2 粉体做成多孔的片体作为阴极, 利用熔盐电解的方法进行实验, 结果实验成功。
电脱 (2) FFC 法的电解脱氧过程效率很低, 采用FFC 法电解一个几克
氧法 的Nb2O5阴极片需要48 h才能使其残余氧含量降低到 3000 ×10 - 6。
的发
(3) 在合金制备过程中, 还有许多问题需要解决, 比如合金中不 同金属的脱氧、金属合金化, 以及合金成分的均匀化等问题还
展状 需要进一步的研究。
叁 苛刻、能源消耗大, 同时还会对环境产生污染等问题。虽然目前 FFC 法的研究工作尚处于初期开发阶段, 还有许多基础性研究 难
结 题需要解决, 但 FFC 法也许能够给新世纪的材料冶金界带来 新
果 的曙光, 因为该方法具有许多优越的特点, 而且适用的范围 广。
与 FFC 法发明至今已 10 年, Ti 的工业化生产已经走出了坚 实的一
验
方
法
第贰章
熔盐电脱氧法的发展状况及其优缺点分析
贰
熔盐 电脱 氧法 的发 展状 况及 其优 缺点 分析
FFC 法具有很多传统工艺无法比拟的优点:
(1)工艺过程简单。
(2)反应温度低, 一般在 800 ～ 1000 ℃
(3)产物纯度高、杂质含量低, 产品的形貌和粒度颗粒大小 可 以控制。
(4) 生产成本低, 原料易得, 电解质廉价。
况及 (4) 最关键的一点就是解决扩大化生产中遇到的问题。 虽然工艺
其优 缺点
比较简单, 设备操作方便, 但是针对大规模生产能否重现实验室 中理想的结果, 以及如何生产出合格的产品, 还需要更多的资金 和人力去研究探索。
分析
第叁章
结果与讨论
目前很多金属和合金的生产工艺都存在过程复杂、对设备 要求
讨 论
步, 将来同样可以采用 FFC 法制备金属 Ta 、Cr 或合金 NiTi 等
走向产业化, 或许将来人们利用 FFC 法可以制备出以前认为不可
能得到的合金。 总之, FFC 法对于科技工作者是个不 小的挑战,
如果一旦走上了产业化道路, 那将是新世纪材料冶金 界的一大幸
事。
(5) FFC 法可以用于制备其它方法难以生产的金属或合 金, 如 TiNi 记忆形状合金。 (6) FFC 法被称为绿色环保工艺, 而且可以实现连续化生 产,
贰 目前还 存在一些需要解决的问题: (1) FFC 法的电解脱氧机理还不是非常清楚, 而且电解过 程中的
熔盐 热力学和动力学问题需要进一步研究。
FFC法是一种通过电化学方法以金属氧化物为原料来制备金属
壹 单质的方法。突破了人们以前认为只能把 TiO2 或者是 TiCl4 作
为原料溶入电解质中的思想, 直接利用固相 TiO2作为阴极。该方
背 景 法的原理是以阴极电脱氧理论为基础,反应是在 800 ～ 1000℃氩
及 气保护下的高温炉内进行。
铁铬铝电阻丝（铬25％，铝5％，钴3％，其余为铁； 或铬22％，铝5.5％，钴1.5％，其余为铁）
实
验
方
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图 1 FFC 法制备金属或合金的实验装置图
壹
背
景
及
图 2 FFC 法制备金属的工艺流程图
实
验 方
电解反应可以概括为: 阴极:TiOx +2xe-=Ti +xO2 - (1) 阳极:C+O2 - =CO+2e- (2)