从熔盐中电解制取金属钛

钛的生产成本高，使其应用受到了限制．如能从熔融盐中直接电解得到钛，就可减少成本．然而，从熔融盐中电解得到的固态钛很可能是树枝状晶，需要再经过真空电弧重熔．如果能得到液态钛，上述问题即可迎刃而解．但因钛的熔点高，高温活性大，保持其液态是非常困难的． ＥＳＲ（电渣熔炼）是钢的提纯工艺之一．在该工艺中，大电流通过电解槽时产生的热量将自耗电极熔化；电极周围温度可达２０００Ｋ．从自耗电极上得到的金属滴收集于金属熔池中，然后凝固在基板上．该工艺通常使用交流电，但也可用直流电．使用直流电，可以掌握电解效果．１…     

阴极电导率和孔隙率对熔盐电解钛精矿脱氧过程的影响（英文）

阴极的性能通常是和电解过程与电解效率有着密切的关系。测量了焙烧温度对钛精矿阴极电导率的影响。结果表明焙烧温度对钛精矿阴极导电性影响很大。钛精矿阴极电阻率随着焙烧温度升高和接触面积的增加而增大。另外也研究了阴极孔隙率对熔盐电解制备Ti-Fe合金还原过程的影响。结果表明阴极的孔隙率对还原过程有着直接的影响。孔隙率的增加有利于中间化合物CaTiO_3的形成,从而改善电解过程中的电流效率。     

CaCl_2-NaCl熔盐中电解氧化物制备Ti-Ge金属间化合物（英文）

采用电解脱氧工艺,以不同比例的TiO2和GeO2混合物为前驱体,在电压为3.0 V、温度为800°C的电解条件下,制备Ti-Ge(TixGey)金属间化合物。在同样电解条件下,以5TiO2-3GeO2或5CaTiO3-3GeO2为前驱体时,均可电解得到Ti5Ge3金属间化合物。获得的电解产物表现出相对均匀的晶粒结构。此外,初始原料(TiO2/GeO2)的摩尔比对最终电解产物有非常大的影响。根据实验数据,详细阐述电解脱氧制备TixGey金属间化合物的相关反应机理。结果表明,电解脱氧工艺是一种环境友好的制备TixGey金属间化合物的方法。     

氟化物体系中熔盐电解制备金属钛的研究

本方法确定了用NaF-K₂TiF₆熔体中的TiO₂通过熔盐电解法探究直接电解TiO₂制备金属钛的可行性。首先通过比较不同摩尔比NaF-K₂TiF₆体系中的初晶温度,并采用Leco氧分析法测定了TiO₂在NaF-K₂TiF₆体系中的溶解度(饱和浓度),选择较为合适的熔盐体系,并通过恒流电解法研究了四价钛的电还原行为。结果表明在830℃时摩尔比为1.5∶1时TiO₂在熔盐体系中的饱和浓度为10.2%,并对该熔盐体系进行热力学计算,发现当以活性炭作为阳极时钛的氧化物相较于氟化物的理论分解电压低,即氧化物会优先反应,通过恒流电解实验发现在电解温度为830℃,阴极电流密度为1 A/cm²时可以得到金属钛,其中TiO₂的还原机理可能是通过TiO₂→TiO→Ti₂O→Ti三步还原反应还原为金属钛。     

熔盐电解TiO_2制备金属钛的工艺及对比

评述了以二氧化钛为原料制备钛金属的几种工艺,并介绍了FFC剑桥法、 OS钙热还原法、电子终结反应法(EMR法)和固体透氧膜法(SOM法)的研究现状、基本原理,并对比出各个工艺的优缺点。最后总结了各个工艺所面临的问题,指明了今后的发展方向。     

熔盐电解合成碳化硅纳米颗粒及其光致发光特性（英文）

提出一种一步熔盐电化学方法,以超细二氧化硅和碳粉混合物为原料合成碳化硅纳米颗粒。通过X射线衍射、电子显微镜、拉曼光谱、光致发光光谱等系统研究电解合成过程及产物的物化特性。提出二氧化硅/碳粉在氯化钙熔盐中电解合成纳米碳化硅时存在化学/电化学复合、电化学脱氧和原位碳化的耦合反应机理。结果表明,所制备的碳化硅纳米颗粒的粒径集中分布在8～14 nm,并具有多晶结构。此外,由于协同的尺寸效应和微观结构特征,碳化硅纳米颗粒具有明显的光致发光特性。     

钛精矿熔盐电解动力学研究

目前利用熔盐电解的方法直接使用Ti O2等氧化物原料来生产金属钛或者钛合金,是国内外对钛及其合金生产的重要研究方向,然而关于熔盐电解动力学的研究相对较少。本实验对传统的未反应核模型进行改进,研究了不同反应温度下钛精矿熔盐电解的动力学过程,发现钛精矿熔盐电解过程的还原速率,受到氧离子在产物层中的扩散速率控制,电解反应中的内扩散为整个电解还原过程的限制性环节。提高反应温度,增加孔隙率有利于内扩散过程。     

电解质组成对氯化物体系熔盐电解Mg-La合金的影响（英文）

在Mg Cl2-La Cl3-KCl熔盐体系中,系统研究了恒电位电解过程中,电解质组成对平均电解电流、电解效率和合金成分的影响。用XRD、SEM和EDS对Mg-La合金样品进行了表征。随着初始电解质中La Cl3浓度的增加,平均电解电流逐渐降低。这是由于与Mg Cl2相比,La Cl3较低的电导率引起的。当La Cl3在初始电解质中的浓度为15%~20%(质量分数)时,电流效率超过90%。合金组成可通过改变电解质组成来调节。     

浓硫酸焙烧高钛渣的反应动力学（英文）

提出一种新方法,利用浓硫酸焙烧高钛渣提取二氧化钛,并在焙烧工艺的基础上研究焙烧反应动力学。考察焙烧温度、粒度以及酸矿比对反应速率的影响。结果表明,焙烧反应符合未反应核收缩模型。动力学实验数据、SEM和EDAX结果分析表明,用浓硫酸焙烧高钛矿渣的反应受通过固体产物层的内扩散控制。Arrhenius方程得到焙烧反应的表观活化能为18.94 kJ/mol。     

温度对钛精矿熔盐电解制备钛铁合金的影响

在CaCl2 熔盐中,以钛精矿为阴极,电解制备了钛铁合金,并对产物进行了XRD和SEM检测。对比不同温度下电解产物的结果表明,温度对扩散合金化过程影响显著,不同温度下电解产物的物相和结构有明显不同。850 ℃下电解的最终产物是颗粒大小为1 μm的TiFe2和Ti离散球型结构,而900 ℃下电解的最终产物是颗粒大小为3 μm的TiFe空间网状结构     

依赖环境的氢化钛相稳定性：第一性原理预测（英文）

在充分考虑所有可能的H原子构型的条件下,构建各种TiH_x(x=1-2)相结构,并基于第一性原理能量学,计算评估各相的形成能力及其力学和热力学稳定性,进而构建稳定和亚稳TiH_x的相稳定性图。结果显示,很多稳定和亚稳TiHx相具有非常接近的形成能,可能同时共存。这些相的相对稳定性强烈依赖于环境温度(T)和氢分压(p(H₂))。在整个感兴趣的T和p(H₂)范围内,只可能存在γ-TiH和γ-TiH₂2种稳定相,以及ε-TiH、γ-TiH_1.5、ε-TiH_1.75、δ-TiH_1.75和ε-TiH₂ 5种亚稳相。这些亚稳相均满足力学稳定性,且在热力学上具有不断吸收或释放H,向平衡相γ-TiH₂或γ-TiH发生转化的趋势。     

基于分子动力学的金属钛纳米切削过程研究（英文）

采用基于分子动力学的仿真方法建立了金属钛纳米切削分子动力学模型,选择了有代表性的切削条件,通过仿真得到瞬间原子位置图像并对切削过程中材料去除现象、加工表面形成过程、系统势能和工件温度等的变化进行了分析。发现在金属钛的纳米切削过程中切屑和加工表面是由于晶格能的释放和位错的不断延伸扩展形成的。已加工表面原子的弹性恢复和晶格重构能够减缓总势能和温度不断增加的趋势,并使其伴随有微小波动。     

基于分子动力学的金属钛纳米振动切削研究（英文）

采用分子动力学模拟方法进行了金属钛的纳米振动切削和普通纳米切削的比较研究。结果表明:在相同仿真条件下,单向振动X、Y向切削力平均值仅为普通切削的1/3左右;椭圆振动切削(elliptical vibration cutting,EVC)相比单向振动切削,剪切角变大,切屑的塑性变形降低,同时主切削力以及背吃刀力值均降低;单向振动切削和EVC的切削温度呈近似正弦脉冲变化,对比普通加工,振动切削的温度显著下降;相比于单向振动切削EVC的工件平均切削温度略高。     

熔盐电解精炼提纯金属硅(英文)

对熔盐电解质中硅的沉积过程进行电化学研究。在 973~223K,在硅氯化物熔盐中采用电解精炼提纯金属硅。结果表明,液态硅铜合金阳极有利于 CaCl2-NaCl-CaO-Si 熔盐体系的电解精炼。ICP-AES 分析结果显示,通过电解精炼可有效去除原料中大量的钛、铝、铁等金属杂质,硅中的硼和磷含量分别由 36×106和 25×106降低至 4.6×10 6和 2.8×10 6,电解能耗约为 9.3 kW·h/kg。     

熔盐电解制备Mg-Li-La合金(英文)

在温度为943K的LiCl-KCl-KF熔盐体系中添加不同浓度的La2O3和MgCl2直接电解制备Mg-Li-La合金。运用X射线衍射分析、扫描电子显微镜及能谱分析和金相显微镜对所得合金进行分析。结果表明,在熔盐体系中通过添加La2O3直接制备Mg-Li-La合金的方法是可行的。在电解过程中,温度不变,槽电压随着电流密度的增加而增加,而改变温度对于槽电压影响不大。X射线衍射分析结果表明,通过恒电流电解可以得到α+Mg17La2,α+β+Mg17La2和β+LaMg3三种不同镁、镧含量的Mg-Li-La合金。能谱分析结果表明,Mg元素在合金中分布均匀,然而La元素主要分布在晶界处与Mg形成金属间化合物。     

熔盐电化学合成NbC-Sn复合粉末（英文）

研究在900°C的CaCl_2-Na Cl熔融盐体系中,以SnO_2、Nb_2O_5和碳粉为前驱体,使用电化学还原和原位碳化的方法,成功制备出NbC-Sn复合粉体材料。通过对不同反应阶段的产物进行分析,研究反应过程机理。考察前驱体中碳粉物质的量变化对最终产物的影响,并通过酸浸NbC-Sn粉体的方式制备NbC。研究表明通过该方法制备出尺寸分别为50～100 nm和200 nm的NbC和Sn颗粒,两者紧密地聚集在一起。SnO_2在烧结过程中被碳还原为金属Sn,Nb_2O_5在熔盐中被逐步电化学还原为金属Nb,并与碳反应生成NbC。其中,历经了铌酸盐的形成与分解、低价铌氧化物的形成与进一步还原等过程。当阴极片中的碳不足时,会造成铌氧化物还原不完全并形成Nb_3Sn。复合粉体材料通过HCl水溶液浸出,能够获得分散性很好的NbC粉体材料。     

熔盐电解制备难熔金属的现状与展望

介绍了传统的熔盐电解法用于难熔金属制备的应用现状,分析了其存在的弊病：主要是传统熔盐电解法对电解质要求严格,难以找到合适的熔盐.而新开发的熔盐电解法--FFC法和SOM法,都从一定程度上降低了电解过程对电解质的要求,成为熔盐电解制备难熔金属发展的新方向,是低成本、连续化、无污染生产难熔金属的可行之路.上海大学综合分析了FFC法和SOM法的优缺点,提出了一种改良的SOM法,该方法有效避免了FFC法中的缺点,并在制备Ti,Ta,Cr上取得成功.     

四氯化钛熔盐电解中钛在篮框内的生长

在采用篮框阴极进行四氯化钛熔盐电解制取钛的工艺中,存在着一些影响电流效率和产品质量的问题,例如:钛沉积物在篮框中长不厚;以及在沉积物很致密时仍进行电解会使电流效率降低;不够致密时易吸收杂质和氧化;过度致密时甚至发生二次反应,使已生长好的金属钛重新被氯化,导致产品中带有大量低价钛,或篮框某处出现空洞。为了解决这些问题,有必要研究电解过程中钛沉积物的生长和结构特点。我们工农兵学员五人在毕业前选择这一课题作为科学研究训练实践,在工人和教师的指导下,于校办工厂进行试验工作。通过调查研究和观察分析,初步获知在我们采用的试验条件下,钛沉积生长的过程和特点。     

高钛渣还原的氢化钛合金粉一步烧结制备高强钛合金（英文）

提出一种直接利用高钛渣制备高强钛合金的方法。先用镁粉还原高钛渣制备氧含量为1.3%(质量分数)的合金粉末,再将合金粉末在600 MPa压力下压制成小圆柱体,最后在氩气下烧结成钛合金产品。对还原粉末进行表征,研究烧结温度对烧结合金的烧后密度、抗压强度、显微组织和硬度的影响。结果表明,随着烧结温度由900℃升高至1200℃,钛合金的密度增加,孔隙率降低,实现较好的烧结致密化(1100℃为98.65%,1200℃为99.41%),在1100℃时硬度达到HV 655.7,压缩强度为1563 MPa。     

SOM法电解过细高钛渣制备金属钛

为回收利用TiCl_4生产过程中产生的过细高钛渣,在CaCl_2熔盐中以预烧成形的过细高钛渣为阴极,采用固体透氧膜法(SOM法)直接电解制备金属钛,并研究了在1100℃、3.5 V电压下,高钛渣阴极的电脱氧历程和杂质的去除行为。结果表明:随着电解时间延长,阴极片逐渐收缩,孔隙率下降,颗粒尺寸增大,且电解6 h得到金属钛表明SOM法具自有较高的电流效率。过细高钛渣电脱氧历程为:TiO_2→CaTiO_3→Ca(Ti_2O_4)→TiO→Ti,而Al、Mn、Fe、Si等杂质通过电解得到相应单质且大部分进入CaCl_2熔盐,少量残留经稀盐酸洗涤被去除。