改进的热裂解法制备高纯钛的研究

对传统的以高价钛卤盐(TiI4)热裂解制备高纯钛的实验方法进行了改进,使用了低价钛卤盐(TiI2)的热裂解法制备4N高纯钛,使得卤化源区温度、热裂解区(又称沉积区)温度更为优越。并对卤化源区及沉积区温度、高价卤化物的生成、原料中杂质行为以及沉积区低价碘化物的蒸汽压等影响钛沉积速率的因素进行了分析。结果表明:炉内两区温度更易于控制,且可使钛卤盐保持较高的蒸汽压与转移速度,可以有效抑制部分杂质卤化物的转移分解,从而得到制备高纯钛较为理想的沉积速率。     

钛卤盐热裂解过程中影响纯钛沉积速率的主要因素分析

结合实验情况对通过基底材料的电流密度、原料中杂质行为、高价卤化物的生成以及卤化物的蒸汽压等影响钛沉积速率的主要因素进行了系统分析。以自制的卤化剂和粗钛为原料,采用特殊的工艺设备,首先使粗钛与卤化剂反应制得钛卤盐,然后控制反应条件,使该钛卤盐在适宜条件下发生热裂解制备高纯钛。结果发现:控制适宜的电流密度和操作温度,可使钛卤盐保持较高的蒸汽压与转移速度,并且可以抑制杂质碘化物的转移分解,从而使得纯钛有较为满意的沉积速率和纯度。     

CVD高纯钛的热力学分析

以粗钛和自制的卤化剂为原料,采用化学气相沉积法(CVD)制得高纯钛。结合热力学和晶体形核-长大理论对CVD高纯钛的反应热力学和成核热力学因素进行了分析,并依据热力学分析结果,重点归纳了温度对CVD高纯钛沉积速率的影响,并结合实验对分析结果作出优化,得出了CVD法生产高纯钛的最佳温度控制条件:碘化源区温度应控制在750~850 K,沉积区温度应控制在1350~1450 K。     

温度对金属锆碘化提纯沉积速率的影响

在碘化法提纯金属锆过程中,影响沉积速率的因素较多,其中温度是影响反应十分重要的一个因素,温度决定着反应是否能够发生以及反应快慢。本文研究分析了高温区与低温区发生的主要反应,研究了低温区温度、高温区温度和加碘量等3个主要因素对碘化法提纯金属锆沉积速率的影响。实验结果表明:低温区保持在250℃时,生产效率高、沉积速率稳定、持续时间长;高温区温度显著影响着沉积速率,在反应中K值保持在90时沉积速率较快,而且相对节约能源;随着加碘量的增多,反应的时间变长,其沉积速率变化不大,加碘量的增多有利于提高生产效率,并且采用多次加碘可以使碘的利用率升高。通过实验可得出每一种影响因素对沉积速率的影响特点,从而可以根据影响反应的因素去指导实际生产。     

离子液体在电沉积钛及其合金中的应用

离子液体作为一类新型绿色溶剂在电沉积活泼金属及合金方面具有重要作用,本文介绍离子液体在电沉积钛及钛合金方面的应用,探讨了钛及钛合金在离子液体中电解的电化学行为。用钛的卤化物为钛源,由于低价的钛氯化物在离子液体中的溶解度较低,在现有的离子液体中电沉积金属钛非常困难,需要继续寻找新的钛源及合适的离子液体。以二氧化钛为钛源,在离子液体中可以电积出部分金属钛。在离子液体中可以沉积出钛合金,但总的电流效率偏低。     

碘化法制备高纯金属钛

以工业海绵钛为原料,研究了海绵钛碘化提纯过程中原料温度和K值对沉积速率的影响。结果表明,当K值一定时,沉积速率先随原料温度的升高而增加,而当原料温度大于600℃时,随原料温度升高沉积速率增速明显变缓。当原料温度一定时,沉积速率随K值的升高而增加。在原料温度600℃,K值80的工艺条件下,进行了多批次试验,结果表明,结晶棒直径可达23～26 mm,总收率约98%,所得可锻性高纯金属钛结晶棒产品晶粒粗大,表面光亮,沉积速率达到30 g/(h·m)左右,生产效率较高。同时,钛提纯效果显著,纯度达到4 N级以上。     

卤化法制备高纯钛过程中杂质Al的来源分析

分析了卤化法高纯钛制备过程中铝的来源。试验条件下,杂质元素铝能在卤化源区(798~998K)与卤化剂反应,生成AlI3和Al2I6;在沉积区(1 473~1 673K),铝的碘化物分解而污染高纯钛的行为可被有效抑制。结合热力学计算和试验结果,分析了高纯钛中杂质铝的来源。     

低品位钛渣酸解反应试验研究

针对低品位钛渣酸解率低的问题,研究了低品位钛渣和74渣的物相组成、钛渣酸解温度曲线和化学反应标准生成热之间的差异,考察了反应酸浓度、引发温度、主反应时间、酸渣比对低品位钛渣酸解率的影响.结果表明:低品位钛渣酸解率低不是由难溶于硫酸的物相引起,而是与酸解反应速率有关;引发温度高引起酸解反应速率快、主反应时间短是低品位钛渣...     

卤化法制备高纯钛过程中杂质Cr的行为研究

对卤化法制备高纯钛过程中杂质Cr的行为进行了热力学分析。实验条件下,在卤化源区(823～1023K),杂质Cr能与卤化剂反应,生成CrI2与CrI3;在沉积区(1373～1473K),CrI2不能分解,CrI3能够分解,杂质Cr主要来自于CrI3的分解携入。     

2LiNH_2/MgH_2+5%M(M=0,AlCl_3,MgCl_2,TiCl_3)合金的制备与储氢性能

在氢气保护下,通过机械合金化制备2LiNH_2/MgH_2+5%M(M=0,AlCl_3,MgCl_2,TiCl_3)复合材料,研究添加金属卤化物对2LiNH_2/MgH_2复合材料相结构及储氢性能的影响。结果表明,复合材料的相结构主要由MgH_2和LiNH_2组成,且添加MgCl_2和TiCl_3后复合材料的粒度相对较小;2LiNH_2/MgH_2复合材料在添加金属卤化物后表观活化能增大,但在相同的温度下吸氢速率明显增大,并在升温速率为8K/min时添加这些金属卤化物后都能使复合材料的氢化反应温度降低。     

CVD法制备高纯钛中锆杂质的热力学分析

对化学蒸汽沉积法(CVD法)制备高纯钛及制备过程中锆的行为进行热力学分析。结果表明,在钛卤化温度条件下,杂质元素Zr能够在卤化区生成ZrI2、ZrI3和ZrI4,且更倾向于生成ZrI3和ZrI4。ZrI2、ZrI3和ZrI4不能在沉积区温度下分解,高纯钛中的锆不是通过卤化裂解而是由其它途径携入的。     

Electrochemical synthesis of titanium diboride in the dispersed state from halide melts

A study is made of the electrolytic deposition of titanium boride powders from halide melts. The conditions required for the deposition of different phases are determined. On the whole, the synthesis process is controlled by interrelated factors: electrolyte composition, current density, and the temperature and duration of the electrolysis operation.     

A flame process for synthesis of unagglomerated, low-oxygen nanoparticles: Application to Ti and TiB2

A gas-phase flame process for synthesizing unagglomerated nanoparticles of metals, intermetallics, ceramics, and composites is described. Employing this process, titanium and titanium boride have been synthesized by the vapor-phase reaction of sodium with titanium tetrachloride and a 1:2 mixture of titanium tetrachloride and boron trichloride, respectively. To minimize agglomeration and protect the particles from postflame oxidation, the NaCl by-product is allowed to condense onto the particles in situ, yielding NaCl-encapsulated particles. In this way, stable, unagglomerated Ti and TiB₂ nanoparticles have been produced and the encapsulated powders have been handled in air without oxidation. Particle size has also been varied with the encapsulation process, and titanium particles with mean sizes of 10 and 60 nm have been produced by varying operating conditions. The NaCl has been removed by water washing as well as vacuum annealing. Thermodynamic results show that the sodium/halide process is applicable for synthesis of many materials, with yields approaching 100 pct under a wide range of operating conditions. Similarly, the encapsulation process is generally applicable, making the sodium/halide flame and encapsulation process a viable one for large-scale synthesis of environmentally insensitive nanopowders.     

Reduction of titania by methane-hydrogen-argon gas mixture

Reduction of titania using methane-containing gas was investigated in a laboratory fixed-bed reactor in the temperature range 1373 to 1773 K. The reduction product is titanium oxycarbide, which is a solid solution of TiC and TiO. At 1373 K, the formation rate of TiC is very slow. The rate and extent of reaction increase with increasing temperature to 1723 K. A further increase in temperature to 1773 K does not affect the reaction rate and extent. An increase in methane concentration to 8 vol pct favors the reduction process. A further increase in methane concentration above 8 vol pct causes excessive carbon deposition, which has a negative effect on the reaction rate. Hydrogen partial pressure should be maintained above 35 vol pct to depress the cracking of methane. Addition of water vapor to the reducing gas strongly retards the reduction reaction, even at low concentrations of 1 to 2 vol pct. Carbon monoxide also depresses the reduction process, but its effect is significant only at higher concentrations, above 10 vol pct.     

水热法从含钛电炉熔分渣中制备纳米片状结构二氧化钛光催化剂

采用水热法,以氢氧化钠为分离剂,从含钛电炉熔分渣中成功制备出纳米片状结构二氧化钛光催化剂,并探讨了水热反应时间、水热温度以及碱液浓度对分离提取纳米片状结构二氧化钛的影响.随着水热反应时间的延长,水热温度以及氢氧化钠溶液浓度的提高,从含钛电炉熔分渣中分离提取的二氧化钛结晶度越好,微观形貌更趋近于纳米片状结构.水热法处理含钛电炉熔分渣的最佳反应条件是:水热温度高于180℃,水热反应时间大于24 h,碱液浓度达到12 mol·L-1.以制备得到的纳米片状结构二氧化钛为光催化剂,在氙灯光照90 min后,甲基蓝降解率可达81.1%.      

Analysis of multicomponent evaporation in electron beam melting and refining of titanium alloys

Experimental evidence and a mathematical model are presented to evaluate the effect of beam-scan frequency on composition change in electron-beam melting of titanium alloys. Experiments characterized the evaporation rate of commercially pure (CP) titanium and vapor composition over titanium alloy with up to 6 wt pct aluminum and 4.5 wt pct vanadium, as a function of beam power, scan frequency, and background pressure. These data and thermal mapping of the hearth melt surface are used to estimate activity coefficients of aluminum and vanadium in the hearth. The model describes transient heat transfer in the surface of the melt and provides a means of estimating enhancement of pure titanium evaporation and change in final aluminum composition due to local heating at moderate beam-scan frequencies.     

甲烷部分氧化的热力学模拟研究

甲烷部分氧化制备合成气对于提高天然气的利用价值具有重要的意义。甲烷部分氧化反应是一个非常复杂的反应体系。反应涉及部分氧化（主反应）、燃烧、重整、水煤气变换、积炭等。使用Aspen Plus和HSC Chemistry软件对甲烷部分氧化制备合成气过程进行热力学模拟计算。考察了温度、压力和CH4/O2比对CH4转化率、氢和CO选择性的影响。同时对甲烷部分氧化反应热力学平衡产物组成和积炭副反应进行了热力学计算分析。研究结果表明,随反应温度的升高,压力的减小,CH4的转化率和CO与H2的选择性均呈上升趋势。反应温度在300℃时就有相当多的积炭生成,在550℃积炭量达到最大,随后又随温度上升,积炭量逐渐减少,在900℃以上无积炭产生。     

大规格纯钛铸锭脱氧现象及对策

利用真空自耗电弧炉进行了大规格纯钛铸锭的工业生产,研究并分析Ф1040 mm大规格高氧含量纯钛铸锭的底部脱氧现象和氧元素均匀性的问题。纯钛铸锭底部脱氧的原因是海绵钛中的Mg与添加剂TiO₂在一次铸锭熔炼时反应引起的。采用真空自耗电弧炉对梯度加氧自耗电极进行两次熔炼,结果表明:通过梯度加氧的方式可以有效解决纯钛铸锭脱氧的问题,并显著改善纯钛铸锭氧元素成分均匀性,使生产出的Ф1040 mm高氧含量纯钛铸锭头部、尾部氧含量的偏差控制在0.011%范围内。