鈦屬于稀有金屬,由于其密度低、強度高、抗疲勞性好、耐腐蝕性強、生物親和力好等優(yōu)異的特性,被廣泛應用于航空航天、石油化工、生物醫(yī)學等多個領域。目前,Kroll法是世界上唯一大規(guī)模生產(chǎn)金屬鈦的方法,但被普遍認為存在工藝過程復雜、能耗大、成本高、環(huán)境污染嚴重等缺陷。因此,研究開發(fā)一種流程短、成本低且環(huán)境友好的鈦及其合金制備方法對于擴大鈦及其合金的應用具有重要意義。本文主要針對:碳熱氯化-熔鹽電解新法制鈦和真空鋁熱還原Na2TiF6制備金屬鈦/鈦鋁合金兩種新工藝流程進行研究。通過對不同電解工藝的探索實驗研究,最終確定了碳熱氯化-熔鹽電解制取金屬鈦的工藝方法。在該工藝過程中,研究了電解電壓、電解溫度、電解時間及陽極球配碳比等工藝條件對電解產(chǎn)物物相的影響,并對鈦的形成原理進行了研究。結果表明:在碳熱氯化-熔鹽電解制取金屬鈦粉的過程中,首先進行的是二氧化鈦的碳熱氯化反應,鈦元素以低價鈦離子形式進入熔鹽中,與熔鹽中的氯化物形成復合氯鹽,然后復合氯鹽在電解槽的陰極被電解生成金屬鈦。在NaCl-CaC12熔鹽體系中,隨著電解電壓的升高,陰極產(chǎn)物中鈦含量不斷增加;隨著電解時間增加,電解產(chǎn)物中金屬鈦的含量升高...

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【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 鈦及鈦合金的基本性質與應用
        1.2.1 鈦及鈦合金的基本性質
        1.2.2 鈦及鈦合金的應用
    1.3 鈦資源分布
        1.3.1 全球分布概況
        1.3.2 我國分布概況
    1.4 鈦及鈦合金制備方法與研究現(xiàn)狀
        1.4.1 金屬鈦的制備方法及研究現(xiàn)狀
        1.4.2 鈦合金制備方法及研究現(xiàn)狀
    1.5 國內外鈦工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
        1.5.1 國外鈦工業(yè)現(xiàn)狀
        1.5.2 中國鈦工業(yè)現(xiàn)狀
        1.5.3 鈦工業(yè)發(fā)展趨勢
    1.6 本論文的研究內容
        1.6.1 課題的提出
        1.6.2 主要研究內容
第2章 鈦的氟化物和氧化物熔鹽電解制取T的實驗研究
    2.1 引言
    2.2 熔鹽體系的選擇
    2.3 Na₂TiO₃-CaF₂-CaCl₂熔鹽體系電解制取Ti的實驗研究
        2.3.1 實驗原料
        2.3.2 實驗裝置
        2.3.3 實驗方法
        2.3.4 實驗結果與討論
    2.4 KF-KCl-K₂TiF₆熔鹽體系電解制取Ti的實驗研究
        2.4.1 實驗原料
        2.4.2 實驗裝置
        2.4.3 實驗方法
        2.4.4 實驗結果與討論
    2.5 KF-KCl-K₂Ti₆O₁₃熔鹽體系電解制取Ti的實驗研究
        2.5.1 實驗原料
        2.5.2 實驗裝置
        2.5.3 實驗方法
        2.5.4 實驗結果與討論
    2.6 以TiO+C為陽極熔鹽電解制取Ti的實驗研究
        2.6.1 TiO+C可溶性陽極的制備
        2.6.2 無隔板電解槽TiO+C可溶性陽極熔鹽電解制取Ti的實驗研究
        2.6.3 隔板式電解槽TiO+C可溶性陽極熔鹽電解制取Ti的實驗研究
    2.7 本章小結
第3章 碳熱氯化-熔鹽電解制取鈦的實驗研究
    3.1 引言
    3.2 碳熱氯化-熔鹽電解制取鈦的技術原理與熱力學分析
        3.2.1 技術原理
        3.2.2 熱力學分析
    3.3 碳熱氯化-熔鹽電解制取金屬鈦實驗
        3.3.1 熔鹽電解實驗
        3.3.2 電化學分析實驗
        3.3.3 分析檢測方法
    3.4 電解后坩堝、陽極和陰極的形貌
    3.5 NaCl-CaCl₂熔鹽體系的電解實驗結果與討論
        3.5.1 NaCl-CaCl₂熔鹽體系陽極球穩(wěn)定性研究
        3.5.2 電解電壓對電解過程的影響
        3.5.3 陽極球配碳比對電解過程的影響
        3.5.4 電解溫度對電解過程的影響
        3.5.5 電解時間對電解過程的影響
        3.5.6 NaCl-CaCl₂熔鹽體系電解機理分析
    3.6 NaCl-KCl熔鹽體系的電解實驗結果與討論
        3.6.1 NaCl-KCl熔鹽體系陽極球穩(wěn)定性研究
        3.6.2 電解電壓對電解過程的影響
        3.6.3 NaCl-KCl熔鹽體系電解機理分析
    3.7 本章小結
第4章 鋁熱還原Na₂TiF₆制取Ti的實驗研究
    4.1 引言
    4.2 鋁熱還原Na₂TiF₆的熱力學分析
        4.2.1 鋁作為還原劑的可行性分析
        4.2.2 鋁熱還原Na₂TiF₆的熱力學分析
        4.2.3 鋁熱還原Na₂TiF₆制取Ti過程的TG-DSC熱分析
    4.3 鋁熱還原Na₂TiF₆制取過程熱分析動力學研究
        4.3.1 非等溫熱分析研究反應動力學方程的建立
        4.3.2 Freeman-carroll法推算熱分析動力學參數(shù)
        4.3.3 鋁熱還原Na₂TiF₆制取Ti過程熱分析動力學計算
    4.4 鋁熱還原Na₂TiF₆制取Ti的實驗研究
        4.4.1 實驗
        4.4.2 實驗結果與討論
        4.4.3 鋁熱還原Na₂TiF₆過程機理
    4.5 本章小結
第5章 鋁熱還原Na₂TiF₆制取Ti-Al合金的實驗研究
    5.1 引言
    5.2 鋁熱還原Na₂TiF₆制取Ti-Al合金過程熱力學分析
    5.3 鋁熱還原Na₂TiF₆制取Ti-Al合金的實驗研究
        5.3.1 實驗原料
        5.3.2 實驗裝置與實驗方法
        5.3.3 實驗結果與討論
        5.3.4 鋁熱還原過程TG-DSC分析及熱分析動力學計算
    5.4 本章小結
第6章 含鈦冰晶石二次鋁熱還原的實驗研究
    6.1 引言
    6.2 兩段鋁熱還原Na₂TiF₆制取Ti/Ti-Al合金的工藝流程
    6.3 含鈦冰晶石二次鋁熱還原實驗
        6.3.1 實驗原料
        6.3.2 實驗裝置與方法
    6.4 含鈦冰晶石二次鋁熱還原實驗結果與討論
        6.4.1 Al-Ti合金產(chǎn)物的微觀組織結構分析
        6.4.2 鋁熱還原含鈦冰晶石過程TG-DSC分析
        6.4.3 Al粉配入量對還原過程的影響
        6.4.4 還原溫度對還原過程的影響
        6.4.5 保溫時間對還原過程的影響
    6.5 兩段鋁熱還原法制取Ti/Ti-Al合金技術優(yōu)勢
    6.6 本章小結
第7章 結論
    7.1 結論
    7.2 展望
參考文獻
致謝
攻讀博士學位期間成果目錄



本文編號：3744056