【摘要】：鈦鐵合金是煉鋼過程中的重要原材料,可以提高鋼材的性能,此外鈦鐵合金還是一種比較有前景的儲氫材料。鈦鐵合金在工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用。目前,鈦鐵合金的生產(chǎn)方法主要有鋁熱還原法和重熔法。但是存在氧含量高、原料來源有限以及能耗高的問題。本論文在FFC方法的基礎(chǔ)上,分別利用鈦鐵礦陰極和石墨陽極組成的兩電極體系在LiCl-KCl 和LiCl-KCl-CaCl2兩種熔鹽電解質(zhì)中進行鈦鐵礦的電解。利用熱力學(xué)軟件HSC6.0對鈦鐵礦電解脫氧過程中可能發(fā)生的反應(yīng)進行了熱力學(xué)計算。根據(jù)熱力學(xué)計算結(jié)果,鈦鐵礦中的Fe(Ⅱ)被還原為金屬Fe所需的理論分解電壓最低。對于鈦鐵電解過程中,可能出現(xiàn)的中間產(chǎn)物為CaTiO3和Li2TiO3等。CaTi03分解所需的理論電壓比Li2TiO3低,因此CaTiO3更容易被還原。根據(jù)計算得到的理論分解電壓與溫度的關(guān)系圖可以發(fā)現(xiàn),鈦鐵礦電解過程中,Fe2Ti合金比FeTi合金更容易生成。由熱力學(xué)計算結(jié)果可知,采用當(dāng)陽極產(chǎn)生一氧化碳或二氧化碳時,會顯著降低反應(yīng)的理論分解電壓。電解實驗結(jié)果表明：鈦鐵礦在LiCl-KCl體系中進行電解時,在673K的溫度下,鈦鐵礦在3.2V的電壓下電解36小時后,電解產(chǎn)物均為金屬Fe和Li2TiO3,在電解產(chǎn)物中沒有檢測到鈦鐵合金的物相。當(dāng)溫度升高到1073K,在相同的電壓下電解20小時,可以得到Fe2Ti。當(dāng)在LiCl-KCl-CaCl2熔鹽中進行電解時,施加3.2V的電壓,在1073K的溫度下電解20小時,可以制備得到較純的FeTi合金。實驗過程當(dāng)電壓為2.8V時,鈦鐵礦被還原為金屬Fe和Fe2Ti。電壓越高越有利于鈦鐵礦的電解還原。通過鈦鐵礦在LiCl-KCl和LiCl-KCl-CaCl2兩種熔鹽體系中進行電解不同時間后得到的電解產(chǎn)物的物相成分,可以發(fā)現(xiàn)鈦鐵礦電化學(xué)還原的過程可分為以下幾步：鈦鐵礦中的Fe(Ⅱ)首先被還原為金屬Fe,鈦的氧化物則以Li2Ti03或CaTi03的形式存在于電解產(chǎn)物中；然后Li2Ti03或CaTi03被還原為一氧化鈦；最后一氧化鈦被還原為金屬鈦并與鐵結(jié)合生成鈦鐵合金。此外,實驗還對鈦鐵礦電解過程中陽極和陰極產(chǎn)生的氣體進行氣相色譜檢測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在陽極產(chǎn)生的氣體的成分為二氧化碳和一氧化碳,陰極產(chǎn)生氣體組分為一氧化碳。本文通過在LiCl-KCl和LiCl-KCl-CaCl2中電解鈦鐵礦,根據(jù)電解產(chǎn)物的成分,可以發(fā)現(xiàn)鈣離子在鈦鐵礦過程中起到的重要作用,LiCl-KCl烙鹽體系中加入CaC12后,反應(yīng)的速率大大提高。
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TF651;TF702.4
【圖文】：

圖１．１－】邋Ｔｉ0２－ＦｅＯ－Ｆｅ２0３的蘭元相圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．１－１邋Ｔｅｒｎａｒｙ邋ｐｈａｓｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋Ｔｉ0２－ＦｅＯ－Ｆｅ２0３逡逑大量開采利用的是金紀(jì)石和鐵鐵礦。其中鐵鐵礦是主要的妹資源，金紅逡逑比例很小。近些年，隨著天然金紅石資源的逐漸枯竭和價格上漲，儲量逡逑鐵礦己成為鏡工業(yè)的主要的生產(chǎn)原料。但目前的工藝存在流程長、產(chǎn)能逡逑廢＂量大導(dǎo)致環(huán)境污染嚴重等問題，如何高效合理地利用錠鐵礦資源就成逡逑常重要的問題４－５］。逡逑界鐵資源現(xiàn)狀逡逑上的鐵資源很豐富，廣泛地分布在澳大利亞、南非、加拿大、中國和印逡逑多個國家和地區(qū)。如圖１．１－２所示，加拿大、中國和印度的鏡礦產(chǎn)資源逡逑礦；澳大利亞和美國的訪資源主要是砂礦；南非的巖礦和砂礦都很豐富。逡逑巖礦邐砂礦逡逑

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圖１．２－２邋ＦＦＣ法電解裝置圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．２－２邋Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ａｐｐａｒａｔｕｓ邋ｏｆ邋ＦＦＣ逡逑中，Ｔｉ0２在陰極得電子得到金屬錠，氧離子進入烙鹽，在電場力陽極放電，與石墨反應(yīng)生成Ｃ0２或Ｃ０。電極反應(yīng)如下所示：逡逑：Ｔｉ0２邋＋邋４ｅ＝Ｔｉ邋＋邋２0２－邐（１．２－８）逡逑：２０２＿—４ｅ＝0２邐（１．２－９）逡逑ＦＣ法目前還處于實驗室階段，為實現(xiàn)工業(yè)化。ＦＦＣ法還有許多的逡逑，如電流效率低；電解產(chǎn)品中有低價鏡產(chǎn)物的殘留；石墨陽極損耗逡逑巧使用合適的惰性陽極，才能真正析出氧氣。逡逑法逡逑入還原法（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ邋ｍｅｄｉａｔｅｄ邋ｒｅａｃｔｉｏｎ，簡稱邋ＥＭＲ）是邋２００４邋年由逡逑的ＩＩ邋Ｐａｒｋ邋Ｔａｋａｓｈｉ邋Ａｂｉｌｏ和ＴｏＲｕ比Ｏｋ油ｅ等研究學(xué)者提出的。該方逡逑鐵是被還原劑合金釋放的電子還原的Ｐ２－３３ｌ。逡逑液態(tài)的巧錫合金，有利于氧的遷移和降低電解成本。將粉末狀或者

【參考文獻】

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本文編號：2768385