钛铁矿碳热还原制备Fe-钛氧化物电极的研究

发布时间：2021-02-26 16:27

　　目前工业上生产钛铁合金的方法主要是重熔法和金属热还原法,但其存在生产成本高、能耗高杂质含量高、钛回收率低等缺点,熔盐电解法的出现虽然解决了上述问题,但存在金属氧化物作为电极导电性差、熔盐电解温度高等缺点,因此研究人员正在尝试各种方法增加电极的导电性和降低熔盐电解温度,以降低生产成本。为了解决钛铁矿的综合利用、熔盐电极的导电性能差、熔盐电解温度较高等问题,本文以钛铁矿为原料,对钛铁矿进行固态碳热还原预处理,制备成Fe-钛氧化物电极片,再在LiCl—KCl熔盐中于400℃电解还原得到钛铁合金。实验结果表明：钛铁矿经碳热还原,其产物主要为单质铁和钛氧化物的混合物,化学反应是碳热还原反应的限制性环节,其表观活化能为82.44kJ·mol-1。铁的还原率和孔隙率也是影响Fe-钛氧化物电极的重要参数,对不同温度下碳热还原制备的电极,采用三氯化铁-重铬酸钾滴定的方法测定其单质铁的还原率,以阿基米德排水法测得电极片的孔隙率,结果表明：1173K碳热还原反应3h所得电极的强度和单质铁还原率仅为30.1%,开口孔隙率为46.3%,电极的电阻率为0.318Ω·m,且强度较低；1273K和1373K碳热还原反... 

【文章来源】：昆明理工大学云南省

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 我国钛资源及综合利用
    1.2 钛及钛铁合金的性质和用途
    1.3 钛及钛铁合金的工业生产及研究进展
        1.3.1 热还原法
        1.3.2 熔盐电解法
    1.4 还原钛铁矿研究现状
        1.4.1 钛铁矿的非碳热还原
        1.4.2 钛铁矿的微波碳热还原
        1.4.3 钛铁矿的常规碳热还原
    1.5 本文的研究内容和创新点
        1.5.1 研究背景
        1.5.2 研究内容
        1.5.3 创新点
第二章 钛铁矿还原的热力学分析
    2.1 热力学计算方法
    2.2 热力学相图
    2.3 本章小结
第三章 钛铁矿的碳热还原制备电极
    3.1 实验仪器试剂及设备
    3.2 实验方法
    3.3 氩气保护气氛的固态碳热还原制备电极
        3.3.1 钛铁矿碳热还原反应过程的失重率
        3.3.2 钛铁矿碳热还原的的金属化率及电极的电阻率
        3.3.3 还原产物的孔隙率
        3.3.4 还原产物的成分及形貌分析
        3.3.5 铁-钛氧化物电极的微观形貌
    3.4 真空气氛的固态碳热还原制备电极
        3.4.1 响应曲面法
        3.4.2 响应曲面设计实验
        3.4.3 实验结果分析
        3.4.4 回归模型的分析
        3.4.5 过程优化
        3.4.6 还原反应产物成分及形貌分析
    3.5 本章小结
第四章 钛铁矿还原的动力学分析
    4.1 钛铁矿碳热还原动力学模型的选择
    4.2 钛铁矿碳热还原动力学方程的建立
    4.3 钛铁矿碳热还原动力学参数的求解
    4.4 本章小结
第五章 熔盐电解碳热还原钛铁矿电极片制备钛铁合金
    5.1 熔盐及熔盐种类的选择
    5.2 熔盐电解实验
        5.2.1 试验试剂剂及仪器
        5.2.2 实验方法
    5.3 熔盐电解结果及分析
        5.3.1 温度对电化学还原的影响
        5.3.2 电压对电化学还原的影响
        5.3.3 时间对电化学还原的影响
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 存在的问题
    6.3 展望
致谢
参考文献
附录A：攻读硕士研究生期间发表的论文
附录B：攻读硕士研究生期间参与研究的项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]2012年中国钛工业发展报告[J]. 王向东,逯福生,贾翃,郝斌.  钛工业进展. 2013(02)
[2]熔盐电解制备难熔金属及合金的回顾与展望[J]. 鲁雄刚,邹星礼.  自然杂志. 2013(02)
[3]固态还原钛铁矿生产钛渣新技术[J]. 庞建明,郭培民,赵沛.  中国有色冶金. 2013(01)
[4]低温熔盐电解法制备金属Ti及其动力学[J]. 廖先杰,翟玉春,谢宏伟,沈洪涛,邹祥宇.  材料研究学报. 2012(06)
[5]熔盐电解法制取金属钛用TiO2电极片[J]. 王双,翁启钢,吴浩波,贺跃辉,袁铁锤.  粉末冶金材料科学与工程. 2012(04)
[6]Phase transformation and reduction kinetics during the hydrogen reduction of ilmenite concentrate[J]. Xin-guo Si 1,2),Xiong-gang Lu 1),Chuan-wei Li 1),Chong-he Li 1),and Wei-zhong Ding 1) 1) Shanghai Key Laboratory of Modern Metallurgy and Materials Processing,Shanghai University,Shanghai 200072,China 2) Hebei Iron and Steel Group Tangshan Steel Company,Tangshan 063020,China.  International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2012(05)
[7]钛精矿流态化预氧化氢还原试验研究[J]. 谭亮,顾武安,袁熙志.  钢铁钒钛. 2012(02)
[8]熔盐电解钛精矿制备钛铁合金的脱氧历程[J]. 刘许旸,扈玫珑,白晨光,吕学伟,杜继红.  功能材料. 2011(11)
[9]熔盐电解法制备金属钛工艺中TiO2电极性能研究[J]. 李珍,孙建科,常鹏北,罗志涛,邢鹏飞,彭晖.  材料导报. 2011(02)
[10]钛铁混合氧化物短流程直接制备钛铁合金[J]. 邹星礼,鲁雄刚,丁伟中.  稀有金属材料与工程. 2011(01)



本文编号：3052850