LiCl-KCl熔盐中电解还原钛铁矿的研究

在LiCl-KCl熔盐中,采用熔盐电解法还原钛铁矿,研究了电解时间、槽电压及电解温度对还原钛铁矿的影响,探讨了在熔盐中钛铁矿电解脱氧的机理。结果表明,钛铁矿还原优先生成铁,钛氧化物由高价到低价逐步还原,而未得到金属钛及其合金,说明在LiCl-KCl熔盐中,TiO的脱氧还原是钛铁矿熔盐电解生成金属钛及其合金的反应限制性步骤。     

致密ZrO_2陶瓷板表面金属层的熔盐电解法制备

致密ZrO_2陶瓷具有良好高温强度、耐磨性,以及导电、导热特性,而致密ZrO_2陶瓷板的表面金属化是改善其与金属间的钎焊润湿性,促进其应用的重要途径。熔盐电解法是一种通过加载电压直接将金属从其氧化物中还原实现金属冶炼的方法。在Ca Cl2-Na Cl混合熔盐中,以致密ZrO_2陶瓷板为阴极,石墨为阳极,在850℃,3.1 V电压条件下对致密ZrO_2陶瓷板进行电解,表面原位生成致密的锆金属层。采用X射线衍射(XRD)研究了不同电解时间、不同表层深度的物相组成,并计算分析表层不同深度电解产物的含量。结果显示,ZrO_2的电解脱氧冶金反应由外向内进行,形成ZrO_2,Zr3O和Zr共存的电解脱氧层。随电解时间增加,脱氧层的深度增加,表面氧含量减小。当电解时间超过8 h,在致密ZrO_2陶瓷板表面形成锆金属层。初步探讨了熔盐电解法机制,提出氧化锆陶瓷表面氧的离子化是受到了强制双电层吸引的设想。     

熔盐电解直接制备钛铬合金的研究

在熔融CaCl2体系中,以二氧化钛和氧化铬的混合物为阴极,石墨为阳极,在电解温度900℃,槽电压2.8 V条件下进行电解,研究了熔盐电解金属氧化物直接制备钛铬合金的可行性。采用SEM,EDS,XRD等方法对电解还原产物进行了分析,结果表明,二氧化钛和氧化铬的混合物被还原为TiCr2合金,组成符合设计配比。混合氧化物的还原经历了优先生成金属Cr到形成TiCr2的合金化历程。     

熔盐电解法制备高钛铁合金

采用电化学还原法,温度为900℃,在CaCl2熔盐中以烧结的TiO2与钛铁矿混合物(Ti:Fe=1:1原子比)为阴极,石墨棒为阳极,制备出了高钛铁合金.探讨了混合物烧结后的相组成变化及高钛铁合金的合金化历程.实验结果表明,混合物烧结后,TiO2由锐钛矿结构转变为金红石结构,钛铁矿转化为热力学稳定的Fe2TiO5.钛铁矿的晶体结构由烧结前的三方晶系经950℃以上烧结后,转变为斜方晶系的Fe2TiO5.制备出的高钛铁中铁钛含量分别为:77.19％和9.68％(质量分数).其合金化历程为:TiO2先生成CaTiO3,然后继续脱氧还原为金属钛;钛铁矿优先还原出金属铁,然后与生成的金属钛发生合金化反应生成钛铁合金.表明熔盐电解nO2与钛铁矿的混合物是一条制备高钛铁合金的新途径.优化电解条件提高电流效率可进一步提高电解速度,得到质量更高的高钛铁合金.     

熔盐电解制备钛及钛合金研究进展

熔盐直接电解钛氧化物制备金属钛及其合金的机理至今仍是研究热点,目前主要存在两种解释：一是阴极氧化物得到电子,氧离子化后进入溶液,进而在阳极以气体的形态放出,而钛留在阴极;另外,熔盐中的Ca^2＋在阴极得到电子后生成金属钙,金属钙进一步还原钛氧化物得到金属钛。本文主要就近年来围绕两种机理展开的研究进行归纳总结,并在文献和实验的基础上通过能斯特方程计算推导钒钛磁铁矿直接熔盐电解制备钛合金的可行性,为实现经济、简洁的钛合金生产提供借鉴。     

熔盐预电解脱水与电解时间对溶盐电解TiO_2脱氧行为的影响

以无水氯化钙作为熔盐,采用熔盐电解法对TiO2阴极片进行脱氧,通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对TiO2电解产物的相组成、电极表面形貌与元素组成进行观察与分析,研究熔盐的预电解脱水与熔盐电解时间对TiO2电解脱氧行为的影响。结果表明,熔盐未经预电解时,TiO2阴极片不发生脱氧反应,电解产物只有CaTiO3相;熔盐经预电解脱水后,TiO2电解产物部分或全部为低价钛氧化物,预电解时间达到15h即可有效去除熔盐中的水分,从而获得较佳的熔盐电解脱氧效果,电解产物为氧含量较低的Ti2O。TiO2电解脱氧是分步进行的,随电解进行,先后出现Ti2O3、TiO、Ti2O,由于钛的化合价逐渐降低,所需分解压升高,导致脱氧效率逐渐降低。TiO2阴极的脱氧反应是由表面到心部进行,电解后的阴极片明显分层,表层为氧含量较低的Ti2O,中间层为CaTiO3和钛的低价氧化物,心部为CaTiO3。     

CaO-CaCl_2-NaCl熔盐电解高钛渣/C制备TiC/SiC纳米复合粉体

在CaO-CaCl_2-NaCl熔盐中,以高钛渣和石墨粉混合物料为阴极,石墨棒为阳极,电解制备出了TiC/SiC纳米级复合粉体。研究了电解时间、槽电压等参数对阴极电解产物的影响。实验结果表明,高钛渣中的钛氧化物在直接电解还原过程中生成了CaTiO_3,Ti_2O_3,TiO等中间产物,CaTiO_3的后续电解还原是该过程的控速环节。探讨了CaO在CaCl_2-NaCl熔盐中的含量对高钛渣电脱氧过程的影响。结果表明,当熔盐中CaO含量小于1%(摩尔分数,下同)时,添加少量的CaO,可促进CaTiO_3的还原;当CaO含量大于2%时,过多的CaO则不利于CaTiO_3的进一步电解还原,说明CaO的加入对CaTiO_3的电脱氧影响显著。分析了高钛渣中Ca,Mg,Al等氧化物的去向。实验结果表明,在高槽压下Ca,Mg,Al氧化物均能被电解还原成相应金属,经过HCl浸出后,上述金属杂质可以除去。研究表明,采用CaCl_2-NaCl熔盐中CaO加入量为1%、电解温度为900℃、槽电压3.2 V,电解时间为6 h的高钛渣被完全还原,经HCl浸出后所得产物TiC/SiC复合粉体为纳米级材料,粉体粒径分布均匀,平均值约为50 nm。     

CaCl_2熔盐直接电解还原钛铁矿的研究

在CaCl_2熔盐中,采用熔盐电解法还原钛铁矿。在槽电压分别为3.0V和3.1V、825～900℃时,研究了不同槽电压及电解温度对钛铁矿电解还原的影响,并对钛铁矿电解脱氧过程进行了讨论。结果表明,在电解过程中铁优先还原,反应区中铁含量高时易形成TiFe_2合金;槽电压对钛铁矿电解产物有重要影响;提高反应温度有利于促进铁钛的互扩散合金化过程。     

LiCl熔盐中直接电解还原制备Ce-Ni/Zn/Bi合金

在923K、LiCl熔盐中,通过两电极体系直接电解还原CeO_2-5NiO、CeO_2-2.5Bi_2O_3、CeO_2-5ZnO三种混合氧化物制备相应的金属间化合物。从热力学上计算了3种混合氧化物的理论分解电压,并采用循环伏安法研究其电化学行为,验证了电解还原的可行性。结果表明,3种混合氧化物分别在3.2V被直接电解还原4h,NiO、Bi_2O_3、ZnO均能在CeO_2发生还原反应前生成对应的金属单质,然后促进CeO_2还原。得到的电解产物分别为CeNi_5/Ni、CeBi/Bi、CeZn_5/Ce_3Zn_(22)/CeZn_3。3种电解产物的微观形貌分别为絮状、堆积状和块状。     

电脱氧法电解效率主要影响因素的研究进展

熔盐电脱氧工艺是直接电解还原金属氧化物制备金属或合金的方法,以其工艺简单、环境友好、易于调控等优点广泛应用于金属及合金的制备,但该工艺目前存在电解效率低等问题。影响该方法电解效率的主要因素有:氧化物阴极导电性、O2-扩散、阴极电势、阳极材料。阴极导电性主要受氧空穴的形成,阴极晶型结构的影响,增加阴极氧空穴及有效控制晶型转变有利于增加阴极导电性,从而提高电解效率;O2-扩散影响电解反应速率,增加阴极表面积及合理选择熔盐组分可促进O2-扩散,促进电解脱氧;阴极电势和阳极材料影响阴极有效脱氧,合理控制阴极电势、选择过电位小,性质稳定的阳极材料均有利于提高电解效率。并展望了今后的研究中重点关注通过改进阴极,改进电解装置等提高电脱氧效率。     

熔盐电解SiO2/TiO2制备硅钛合金的研究

采用熔盐电解法通过直接电解SiO2、TiO2混合物料来制备硅钛合金。热力学计算结果表明,在700℃下,SiO2和TiO2的理论分解电压分别为1.28V和1.37V,生成的单质硅和钛在高温下能够自发进行合金化反应,生成硅钛系列合金,且容易倾向于生成稳定合金相TiSi2合金。研究表明,以摩尔比50∶1的SiO2/TiO2混合物料为原料,在等摩尔比的CaCl2-NaCl混合熔盐中,在700℃、2.4V槽电压下,经过5h电解后,制备得到TiSi2/Si合金,微观形貌为粒径0.2~2.5μm的多孔颗粒堆积,单质硅颗粒覆盖在TiSi2合金颗粒表面。     

氟化物熔盐共电沉积制备Gd-Zr-Mg合金的研究

采用GdF3-LiF-BaF2为电解质熔体,Gd2O3、ZrO2及MgO混合氧化物为原料共电沉积Gd-Zr-Mg中间合金,考察了电解温度、阴极电流密度及混合氧化物原料中ZrO2的含量对电解电流效率及所得中间合金中Zr含量的影响.研究表明：电流效率随温度和电流密度增大均先增后减,随混合氧化物原料中ZrO2含量增大则减小;电解得Gd-Zr-Mg合金中Zr含量随电解温度和混合氧化物原料ZrO2含量的增加而增加,随阴极电流密度的增加则是先增后减,电流效率可达57%,Zr含量能达到10%～11%.     

钛硅铁合金生产中金属元素与渣氧化物的反应和平衡

描述了在钛硅铁合金生产中Ｓｉ－Ｔｉ－Ｆｅ合金系和ＴｉＯ２－ＣａＯ－ＳｉＯ２－Ａｌ２Ｏ３渣系间的反应以及金属元素和渣系氧化物的化学平衡。攀钢高炉渣，硅铁和石灰按一定比例混合均匀，加入直流电炉中，在熔态条件下发生反应，得到钛硅铁合金和还原低钛渣。试验表明，在反应开始后４０ｍｉｎ反应可达到平衡；加入石磁可以提高渣的碱度；合金中高硅含量有利于钛回收率的提高。     

熔盐电解法制备铝钙合金中的反电动势

研究了在CaCl2-CaF2纯钙盐体系中下沉式铝液槽结构熔盐电解法生产Al-Ca合金新工艺,采用连续脉冲-示波器法测定电解过程的反电动势,研究了在实验室条件下电解温度、电流密度、电解时问和极距对熔盐电解法制取铝钙合金的反电动势的影响.用熔盐电解法并采用铝阴极生产Al-Ca合金比对掺法更加节省电能,降低了Al-Ca合金的生产成本,是一种有经济价值的生产方法,有很好的发展前景.     

超声对熔盐电解法制备Al-7Si-Sc合金组织的影响

Al-Si系合金在现代工业、交通等领域广泛应用,合金元素钪可进一步改善其加工和使用性能.采用超声协同熔盐电解法制备Al-7S-Sc三元合金,研究探索超声作用对合金组织及强化相分布的影响.发现超声协同熔盐电解制得合金中Sc含量提高,团簇共晶硅组织和AlSi₂Sc₂相显著细化,共晶硅团簇尺寸由约500降低至200 μm,减小约60%,细化后AlSi₂Sc₂相分布均匀.超声协同电解法可显著优化Al-7Si-Sc合金组织,有助于控制改善现行工艺中合金元素偏聚、组织不均匀现象.      

Cathodic deoxygenation of the alpha case on titanium and alloys in molten calcium chloride

The oxygen-enriched alpha case on titanium and alloys was successfully deoxygenated to satisfactory levels by electrolysis in molten CaCl₂, in which the cathode was made from the metal to be refined. The oxygen distribution in the metal before and after electrolysis was characterized by microhardness tests, scanning electron microscopy (SEM), and energy-dispersive X-ray (EDX). The electrolysis has been carried out at voltages sufficiently below that for the decomposition of CaCl₂, and the results obtained suggest that the alpha case deoxygenation follows a simple oxygen ionization mechanism in which the oxygen in the metal is simply ionized at the cathode/electrolyte interface, dissolves in the molten salt, and then discharges at the anode. It is shown that by applying the electrochemical method, the alpha cases on both commercially pure titanium (CP Ti) and the Ti-6Al-4V alloy can be effectively deoxygenated. In particular, due to the removal of oxygen, the original alpha case (single phase) on the Ti-6Al-4V alloy has been converted back to the two-phase microstructure.     

TiO2直接还原法提取金属钛研究进展

介绍了二氧化钛直接还原法提取金属钛的各种工艺,包括:剑桥大学发明的FFC工艺、Ono和Suzuki提出的OS(钙热还原)工艺、Park等将EMR(电子中介反应)和MSE(融盐电解)的概念结合起来用于TiO2的金属热还原以及Okabe等提出的PRP(预制还原)工艺.并在此基础上对比分析了这些新工艺各自的特点,综述了国内有关直接还原法提取金属钛的研究进展,指出二氧化钛直接还原法提取金属钛工艺最有希望取代传统的Kroll法.     

CaCl2-NaCl熔盐中La2O3电脱氧反应的电化学研究

采用熔盐电解法研究了La2O3电脱氧反应过程。由电位阶越实验及取样电流电位分析和对电解产物进行X衍射分析表明La2O3的电脱氧反应是可以进行的，La2O3得电子还原为低价脱氧产物LaO，接着LaO作为中间产物与阳极气体Cl结合生成氯氧镧。