氯化物熔盐体系电解还原钛铁矿的研究

发布时间：2020-07-24 05:24

【摘要】：钛铁合金是炼钢过程中的重要原材料,可以提高钢材的性能,此外钛铁合金还是一种比较有前景的储氢材料。钛铁合金在工业上有广泛的应用。目前,钛铁合金的生产方法主要有铝热还原法和重熔法。但是存在氧含量高、原料来源有限以及能耗高的问题。本论文在FFC方法的基础上,分别利用钛铁矿阴极和石墨阳极组成的两电极体系在LiCl-KCl 和LiCl-KCl-CaCl2两种熔盐电解质中进行钛铁矿的电解。利用热力学软件HSC6.0对钛铁矿电解脱氧过程中可能发生的反应进行了热力学计算。根据热力学计算结果,钛铁矿中的Fe(Ⅱ)被还原为金属Fe所需的理论分解电压最低。对于钛铁电解过程中,可能出现的中间产物为CaTiO3和Li2TiO3等。CaTi03分解所需的理论电压比Li2TiO3低,因此CaTiO3更容易被还原。根据计算得到的理论分解电压与温度的关系图可以发现,钛铁矿电解过程中,Fe2Ti合金比FeTi合金更容易生成。由热力学计算结果可知,采用当阳极产生一氧化碳或二氧化碳时,会显著降低反应的理论分解电压。电解实验结果表明：钛铁矿在LiCl-KCl体系中进行电解时,在673K的温度下,钛铁矿在3.2V的电压下电解36小时后,电解产物均为金属Fe和Li2TiO3,在电解产物中没有检测到钛铁合金的物相。当温度升高到1073K,在相同的电压下电解20小时,可以得到Fe2Ti。当在LiCl-KCl-CaCl2熔盐中进行电解时,施加3.2V的电压,在1073K的温度下电解20小时,可以制备得到较纯的FeTi合金。实验过程当电压为2.8V时,钛铁矿被还原为金属Fe和Fe2Ti。电压越高越有利于钛铁矿的电解还原。通过钛铁矿在LiCl-KCl和LiCl-KCl-CaCl2两种熔盐体系中进行电解不同时间后得到的电解产物的物相成分,可以发现钛铁矿电化学还原的过程可分为以下几步：钛铁矿中的Fe(Ⅱ)首先被还原为金属Fe,钛的氧化物则以Li2Ti03或CaTi03的形式存在于电解产物中；然后Li2Ti03或CaTi03被还原为一氧化钛；最后一氧化钛被还原为金属钛并与铁结合生成钛铁合金。此外,实验还对钛铁矿电解过程中阳极和阴极产生的气体进行气相色谱检测。结果发现：在阳极产生的气体的成分为二氧化碳和一氧化碳,阴极产生气体组分为一氧化碳。本文通过在LiCl-KCl和LiCl-KCl-CaCl2中电解钛铁矿,根据电解产物的成分,可以发现钙离子在钛铁矿过程中起到的重要作用,LiCl-KCl烙盐体系中加入CaC12后,反应的速率大大提高。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF651;TF702.4
【图文】：

图１．１－】邋Ｔｉ0２－ＦｅＯ－Ｆｅ２0３的兰元相图逡逑Ｆｉｇ．邋１．１－１邋Ｔｅｒｎａｒｙ邋ｐｈａｓｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋Ｔｉ0２－ＦｅＯ－Ｆｅ２0３逡逑大量开采利用的是金纪石和铁铁矿。其中铁铁矿是主要的妹资源，金红逡逑比例很小。近些年，随着天然金红石资源的逐渐枯竭和价格上涨，储量逡逑铁矿己成为镜工业的主要的生产原料。但目前的工艺存在流程长、产能逡逑废＂量大导致环境污染严重等问题，如何高效合理地利用锭铁矿资源就成逡逑常重要的问题４－５］。逡逑界铁资源现状逡逑上的铁资源很丰富，广泛地分布在澳大利亚、南非、加拿大、中国和印逡逑多个国家和地区。如图１．１－２所示，加拿大、中国和印度的镜矿产资源逡逑矿；澳大利亚和美国的访资源主要是砂矿；南非的岩矿和砂矿都很丰富。逡逑岩矿逦砂矿逡逑

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图１．２－２邋ＦＦＣ法电解装置图逡逑Ｆｉｇ．邋１．２－２邋Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ａｐｐａｒａｔｕｓ邋ｏｆ邋ＦＦＣ逡逑中，Ｔｉ0２在阴极得电子得到金属锭，氧离子进入烙盐，在电场力阳极放电，与石墨反应生成Ｃ0２或Ｃ０。电极反应如下所示：逡逑：Ｔｉ0２邋＋邋４ｅ＝Ｔｉ邋＋邋２0２－逦（１．２－８）逡逑：２０２＿—４ｅ＝0２逦（１．２－９）逡逑ＦＣ法目前还处于实验室阶段，为实现工业化。ＦＦＣ法还有许多的逡逑，如电流效率低；电解产品中有低价镜产物的残留；石墨阳极损耗逡逑巧使用合适的惰性阳极，才能真正析出氧气。逡逑法逡逑入还原法（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ邋ｍｅｄｉａｔｅｄ邋ｒｅａｃｔｉｏｎ，简称邋ＥＭＲ）是邋２００４邋年由逡逑的ＩＩ邋Ｐａｒｋ邋Ｔａｋａｓｈｉ邋Ａｂｉｌｏ和ＴｏＲｕ比Ｏｋ油ｅ等研究学者提出的。该方逡逑铁是被还原剂合金释放的电子还原的Ｐ２－３３ｌ。逡逑液态的巧锡合金，有利于氧的迁移和降低电解成本。将粉末状或者

【参考文献】

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本文编号：2768385