熔盐电解及铝热还原法制备金属钛/钛合金的过程研究
发布时间：2023-02-16 10:51
钛属于稀有金属,由于其密度低、强度高、抗疲劳性好、耐腐蚀性强、生物亲和力好等优异的特性,被广泛应用于航空航天、石油化工、生物医学等多个领域。目前,Kroll法是世界上唯一大规模生产金属钛的方法,但被普遍认为存在工艺过程复杂、能耗大、成本高、环境污染严重等缺陷。因此,研究开发一种流程短、成本低且环境友好的钛及其合金制备方法对于扩大钛及其合金的应用具有重要意义。本文主要针对:碳热氯化-熔盐电解新法制钛和真空铝热还原Na2TiF6制备金属钛/钛铝合金两种新工艺流程进行研究。通过对不同电解工艺的探索实验研究,最终确定了碳热氯化-熔盐电解制取金属钛的工艺方法。在该工艺过程中,研究了电解电压、电解温度、电解时间及阳极球配碳比等工艺条件对电解产物物相的影响,并对钛的形成原理进行了研究。结果表明:在碳热氯化-熔盐电解制取金属钛粉的过程中,首先进行的是二氧化钛的碳热氯化反应,钛元素以低价钛离子形式进入熔盐中,与熔盐中的氯化物形成复合氯盐,然后复合氯盐在电解槽的阴极被电解生成金属钛。在NaCl-CaC12熔盐体系中,随着电解电压的升高,阴极产物中钛含量不断增加;随着电解时间增加,电解产物中金属钛的含量升高...
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 钛及钛合金的基本性质与应用
1.2.1 钛及钛合金的基本性质
1.2.2 钛及钛合金的应用
1.3 钛资源分布
1.3.1 全球分布概况
1.3.2 我国分布概况
1.4 钛及钛合金制备方法与研究现状
1.4.1 金属钛的制备方法及研究现状
1.4.2 钛合金制备方法及研究现状
1.5 国内外钛工业现状及发展趋势
1.5.1 国外钛工业现状
1.5.2 中国钛工业现状
1.5.3 钛工业发展趋势
1.6 本论文的研究内容
1.6.1 课题的提出
1.6.2 主要研究内容
第2章 钛的氟化物和氧化物熔盐电解制取T的实验研究
2.1 引言
2.2 熔盐体系的选择
2.3 Na2TiO3-CaF2-CaCl2熔盐体系电解制取Ti的实验研究
2.3.1 实验原料
2.3.2 实验装置
2.3.3 实验方法
2.3.4 实验结果与讨论
2.4 KF-KCl-K2TiF6熔盐体系电解制取Ti的实验研究
2.4.1 实验原料
2.4.2 实验装置
2.4.3 实验方法
2.4.4 实验结果与讨论
2.5 KF-KCl-K2Ti6O13熔盐体系电解制取Ti的实验研究
2.5.1 实验原料
2.5.2 实验装置
2.5.3 实验方法
2.5.4 实验结果与讨论
2.6 以TiO+C为阳极熔盐电解制取Ti的实验研究
2.6.1 TiO+C可溶性阳极的制备
2.6.2 无隔板电解槽TiO+C可溶性阳极熔盐电解制取Ti的实验研究
2.6.3 隔板式电解槽TiO+C可溶性阳极熔盐电解制取Ti的实验研究
2.7 本章小结
第3章 碳热氯化-熔盐电解制取钛的实验研究
3.1 引言
3.2 碳热氯化-熔盐电解制取钛的技术原理与热力学分析
3.2.1 技术原理
3.2.2 热力学分析
3.3 碳热氯化-熔盐电解制取金属钛实验
3.3.1 熔盐电解实验
3.3.2 电化学分析实验
3.3.3 分析检测方法
3.4 电解后坩埚、阳极和阴极的形貌
3.5 NaCl-CaCl2熔盐体系的电解实验结果与讨论
3.5.1 NaCl-CaCl2熔盐体系阳极球稳定性研究
3.5.2 电解电压对电解过程的影响
3.5.3 阳极球配碳比对电解过程的影响
3.5.4 电解温度对电解过程的影响
3.5.5 电解时间对电解过程的影响
3.5.6 NaCl-CaCl2熔盐体系电解机理分析
3.6 NaCl-KCl熔盐体系的电解实验结果与讨论
3.6.1 NaCl-KCl熔盐体系阳极球稳定性研究
3.6.2 电解电压对电解过程的影响
3.6.3 NaCl-KCl熔盐体系电解机理分析
3.7 本章小结
第4章 铝热还原Na2TiF6制取Ti的实验研究
4.1 引言
4.2 铝热还原Na2TiF6的热力学分析
4.2.1 铝作为还原剂的可行性分析
4.2.2 铝热还原Na2TiF6的热力学分析
4.2.3 铝热还原Na2TiF6制取Ti过程的TG-DSC热分析
4.3 铝热还原Na2TiF6制取过程热分析动力学研究
4.3.1 非等温热分析研究反应动力学方程的建立
4.3.2 Freeman-carroll法推算热分析动力学参数
4.3.3 铝热还原Na2TiF6制取Ti过程热分析动力学计算
4.4 铝热还原Na2TiF6制取Ti的实验研究
4.4.1 实验
4.4.2 实验结果与讨论
4.4.3 铝热还原Na2TiF6过程机理
4.5 本章小结
第5章 铝热还原Na2TiF6制取Ti-Al合金的实验研究
5.1 引言
5.2 铝热还原Na2TiF6制取Ti-Al合金过程热力学分析
5.3 铝热还原Na2TiF6制取Ti-Al合金的实验研究
5.3.1 实验原料
5.3.2 实验装置与实验方法
5.3.3 实验结果与讨论
5.3.4 铝热还原过程TG-DSC分析及热分析动力学计算
5.4 本章小结
第6章 含钛冰晶石二次铝热还原的实验研究
6.1 引言
6.2 两段铝热还原Na2TiF6制取Ti/Ti-Al合金的工艺流程
6.3 含钛冰晶石二次铝热还原实验
6.3.1 实验原料
6.3.2 实验装置与方法
6.4 含钛冰晶石二次铝热还原实验结果与讨论
6.4.1 Al-Ti合金产物的微观组织结构分析
6.4.2 铝热还原含钛冰晶石过程TG-DSC分析
6.4.3 Al粉配入量对还原过程的影响
6.4.4 还原温度对还原过程的影响
6.4.5 保温时间对还原过程的影响
6.5 两段铝热还原法制取Ti/Ti-Al合金技术优势
6.6 本章小结
第7章 结论
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间成果目录
本文编号：3744056
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
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摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 钛及钛合金的基本性质与应用
1.2.1 钛及钛合金的基本性质
1.2.2 钛及钛合金的应用
1.3 钛资源分布
1.3.1 全球分布概况
1.3.2 我国分布概况
1.4 钛及钛合金制备方法与研究现状
1.4.1 金属钛的制备方法及研究现状
1.4.2 钛合金制备方法及研究现状
1.5 国内外钛工业现状及发展趋势
1.5.1 国外钛工业现状
1.5.2 中国钛工业现状
1.5.3 钛工业发展趋势
1.6 本论文的研究内容
1.6.1 课题的提出
1.6.2 主要研究内容
第2章 钛的氟化物和氧化物熔盐电解制取T的实验研究
2.1 引言
2.2 熔盐体系的选择
2.3 Na2TiO3-CaF2-CaCl2熔盐体系电解制取Ti的实验研究
2.3.1 实验原料
2.3.2 实验装置
2.3.3 实验方法
2.3.4 实验结果与讨论
2.4 KF-KCl-K2TiF6熔盐体系电解制取Ti的实验研究
2.4.1 实验原料
2.4.2 实验装置
2.4.3 实验方法
2.4.4 实验结果与讨论
2.5 KF-KCl-K2Ti6O13熔盐体系电解制取Ti的实验研究
2.5.1 实验原料
2.5.2 实验装置
2.5.3 实验方法
2.5.4 实验结果与讨论
2.6 以TiO+C为阳极熔盐电解制取Ti的实验研究
2.6.1 TiO+C可溶性阳极的制备
2.6.2 无隔板电解槽TiO+C可溶性阳极熔盐电解制取Ti的实验研究
2.6.3 隔板式电解槽TiO+C可溶性阳极熔盐电解制取Ti的实验研究
2.7 本章小结
第3章 碳热氯化-熔盐电解制取钛的实验研究
3.1 引言
3.2 碳热氯化-熔盐电解制取钛的技术原理与热力学分析
3.2.1 技术原理
3.2.2 热力学分析
3.3 碳热氯化-熔盐电解制取金属钛实验
3.3.1 熔盐电解实验
3.3.2 电化学分析实验
3.3.3 分析检测方法
3.4 电解后坩埚、阳极和阴极的形貌
3.5 NaCl-CaCl2熔盐体系的电解实验结果与讨论
3.5.1 NaCl-CaCl2熔盐体系阳极球稳定性研究
3.5.2 电解电压对电解过程的影响
3.5.3 阳极球配碳比对电解过程的影响
3.5.4 电解温度对电解过程的影响
3.5.5 电解时间对电解过程的影响
3.5.6 NaCl-CaCl2熔盐体系电解机理分析
3.6 NaCl-KCl熔盐体系的电解实验结果与讨论
3.6.1 NaCl-KCl熔盐体系阳极球稳定性研究
3.6.2 电解电压对电解过程的影响
3.6.3 NaCl-KCl熔盐体系电解机理分析
3.7 本章小结
第4章 铝热还原Na2TiF6制取Ti的实验研究
4.1 引言
4.2 铝热还原Na2TiF6的热力学分析
4.2.1 铝作为还原剂的可行性分析
4.2.2 铝热还原Na2TiF6的热力学分析
4.2.3 铝热还原Na2TiF6制取Ti过程的TG-DSC热分析
4.3 铝热还原Na2TiF6制取过程热分析动力学研究
4.3.1 非等温热分析研究反应动力学方程的建立
4.3.2 Freeman-carroll法推算热分析动力学参数
4.3.3 铝热还原Na2TiF6制取Ti过程热分析动力学计算
4.4 铝热还原Na2TiF6制取Ti的实验研究
4.4.1 实验
4.4.2 实验结果与讨论
4.4.3 铝热还原Na2TiF6过程机理
4.5 本章小结
第5章 铝热还原Na2TiF6制取Ti-Al合金的实验研究
5.1 引言
5.2 铝热还原Na2TiF6制取Ti-Al合金过程热力学分析
5.3 铝热还原Na2TiF6制取Ti-Al合金的实验研究
5.3.1 实验原料
5.3.2 实验装置与实验方法
5.3.3 实验结果与讨论
5.3.4 铝热还原过程TG-DSC分析及热分析动力学计算
5.4 本章小结
第6章 含钛冰晶石二次铝热还原的实验研究
6.1 引言
6.2 两段铝热还原Na2TiF6制取Ti/Ti-Al合金的工艺流程
6.3 含钛冰晶石二次铝热还原实验
6.3.1 实验原料
6.3.2 实验装置与方法
6.4 含钛冰晶石二次铝热还原实验结果与讨论
6.4.1 Al-Ti合金产物的微观组织结构分析
6.4.2 铝热还原含钛冰晶石过程TG-DSC分析
6.4.3 Al粉配入量对还原过程的影响
6.4.4 还原温度对还原过程的影响
6.4.5 保温时间对还原过程的影响
6.5 两段铝热还原法制取Ti/Ti-Al合金技术优势
6.6 本章小结
第7章 结论
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
致谢
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本文编号：3744056
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