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探究精矿熔盐电解钛精矿制备钛铁合金机理

收藏本文 2024-04-21 点赞:14447 浏览:59785 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:攀枝花西昌地区钒钛磁铁矿储量十分丰富,经尾矿二次选矿得到的钛精矿是用来制取钛白和富钛料的主要原料,但因钙、镁含量高、品位低的特点使得钛精矿无论用硫酸法、氯化法还是电炉熔炼法都有着一定局限。自2000年,熔盐电解法制备金属工艺(FFC)提出以来,不少探讨者已成功制备得到Ti、Tb、Cr、Si、AlSi、TiV等金属或合金。但由于该工艺自提出以来一直未能解决电解效率低等难题,由此目前仍处于基础性探讨阶段,特别是在反应机理、脱氧历程以及改善电流效率途径等方面有待进一步探讨。本论文运用FFC工艺,以钛精矿为阴极,对阴极脱氧历程、中间产物的形成、阴极导电性影响因素等进行探讨,通过热力学计算、MaterialsStudio软件模拟计算、时间间断电解实验、阴极重量在线监测、不同熔盐系统实验、循环伏安法和交流阻抗法等措施和策略实现。探讨结果如下:测量不同烧结温度下阴极导电性并结合矿相浅析,得到烧结温度对阴极导电性影响较大,随烧结温度增加,阴极内部颗粒粘结相增加,以而接触点增加使导电性变好。热力学计算表明熔盐电解FeTiO_3的历程中首先得到金属Fe,其次发生TiO_2的逐级电解反应,可能的化合物价态变化为:TiO_2Ti_3O_5Ti2O_3TiOTi,该历程会生成Fe_2Ti,最后再生成FeTi。模拟计算表明,CaTiO_3和钛的低价氧化物相比结构不稳定,能够逐渐转化为钛低价氧化物,是电解历程中的中间产物。实验探讨表明熔盐电解钛精矿制备钛铁合金的历程主要分为两个阶段,Fe首先还原出来,且熔盐中的Ca2+进入阴极结合TiO_2生成CaTiO_3,其次是TiO_2和CaTiO_3电解为钛的低价氧化物,生成Fe_2Ti,最后通过扩散形成FeTi;熔盐水解可以生成CaTiO_3,但在电解历程中熔盐中的Ca2+进入阴极和TiO_2结合电子发生的电化学反应才是其产生的主要理由。对阴极重量的变化进行监测,判断该历程中影响失氧速率的环节有两个:一个是当Fe还原出来后CaTiO_3的生成;另一个是钛低价氧化物和CaTiO_3的逐步电解。电解历程循环伏安曲线结果和交流阻抗谱得到的结果相一致,对等效电路中各个参数进行拟合,得到在低电压时电脱氧主要是通过电化学反应进行的;当处于高电压条件下,离子的扩散是电脱氧中主要的制约环节。关键词:钛精矿论文钛铁合金论文熔盐论文电解机理论文

    摘要3-5

    ABSTRACT5-10

    1 绪论10-27

    1.1 钛资源概况10-12

    1.1.1 钛资源分布10

    1.1.2 钛资源利用10-12

    1.2 钛及钛合金用途12-13

    1.3 钛及钛合金制备策略13-25

    1.3.1 金属热还原法(钠、镁、钙(氢化钙))13-16

    1.3.2 碘化法16-17

    1.3.3 熔融电解法17-25

    1.4 探讨作用及革新点25-26

    1.4.1 探讨作用25-26

    1.4.2 革新点26

    1.5 本论文探讨内容26-27

    2 阴极制备及导电性测定27-35

    2.1 阴极原料浅析27-28

    2.2 阴极制备28-30

    2.3 阴极导电性探讨30-34

    2.3.1 导电性测量原理30-31

    2.3.2 导电性测量结果31-34

    2.4 本章小结34-35

    3 实验部分35-41

    3.1 原料35

    3.2 仪器设备35-36

    3.3 实验历程36-39

    3.3.1 阳极选择36-37

    3.3.2 熔盐选择37

    3.3.3 阳极预处理37

    3.3.4 熔盐预处理37-38

    3.3.5 氩气预处理38

    3.3.6 预电解实验38-39

    3.3.7 电解实验39

    3.4 产物后期处理39-41

    3.4.1 物相浅析39

    3.4.2 形貌及能谱元素浅析39-41

    4 脱氧论述浅析41-55

    4.1 密度泛函论述41-43

    4.1.1 Hohenberg - Kohn 定理41-42

    4.1.2 Kohn - Sham 方程42-43

    4.2 交换关联能密度泛函43-44

    4.2.1 局域密度近似( LDA )43

    4.2.2 广义梯度近似( GGA )43-44

    4.2.3 广义梯度密度泛函( meta - GGA)44

    4.2.4 hyper - GGA44

    4.2.5 完全非局域泛函44

    4.3 MATERIALSSTUDIO软件介绍44-45

    4.4 结构优化和单点能计算45-46

    4.4.1 结构优化45

    4.4.2 单点能计算45-46

    4.5 模型选择46

    4.6 结构计算46-47

    4.7 计算结果浅析47-53

    4.7.1 优化结果47-51

    4.7.2 单点能计算51-53

    4.8 本章 小结53-55

    5 脱氧机理探讨55-73

    5.1 电解脱氧历程热力学计算55-58

    5.2 电解脱氧历程的探讨58-64

    5.3 钙钛矿生成机理的探讨64-69

    5.4 钛精矿阴极失重实验的探讨69-71

    5.5 本章小结71-73

    6 钛精矿电解历程中的电化学行为探讨73-83

    6.1 循环伏安73-77

    6.1.1 循环伏安论述基础73-74

    6.1.2 循环伏安结果浅析74-77

    6.2 交流阻抗77-82

    6.2.1 交流阻抗论述基础77-79

    6.2.2 交流阻抗结果浅析79-82

    6.3 本章小结82-83

    7 结论与展望83-85

    7.1 结论83-84

    7.2 展望84-85

    致谢85-87

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