含钛渣短流程直接制备钛及其合金_陈朝轶.pdf

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1、第３７卷第４期武汉科技大学学报Ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．４２０１４年８月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｕｇ．２０１４含钛渣短流程直接制备钛及其合金陈朝轶１，张曼１，李军旗１，鲁雄刚２（１．贵州大学材料与冶金学院，贵州贵阳，５５００２５；２．上海大学材料科学与工程学院，上海，２０００７２）摘要：利用固体透氧膜（ＳＯＭ）法直接由含钛渣还原制备金属钛及其合金。将粉态含钛渣压片制成阴极，以ＹＳＺ管内碳粉饱和

2、的铜液为阳极，以１１００℃电解温度、３．５Ｖ槽电压在ＣａＣｌ２熔盐中电解，研究成型压力及电解时间对电解产物的影响，分析电解过程中的杂质行为。结果表明，随电解时间的延长，电解产物中的钛、铁含量不断增大，产物颗粒形貌趋于匀细疏松；对于铁钛渣，电解６ｈ可获得钛铁合金；对于高钛渣，成型压力为３ＭＰａ时，电解４ｈ可除去氧，电解６ｈ可获得纯金属钛；较小成型压力下的多孔阴极有利于杂质元素的去除。关键词：含钛渣；钛合金；熔盐电解；固体透氧膜法中图分类号：ＴＧ１４６．４文献标志码：Ａ文章编号：１６７４－３６４４（２０１４）０４－０２５０－０５对于Ｋｒｏｌｌ法生产海绵钛

3、，在电炉熔炼和四１所示。在电解温度为１１００℃、电解电压为３．５［１－４］氯化钛生产过程产生的大量含钛渣（电炉烟Ｖ、电解时间为２～６ｈ、氩气（１５０ｍＬ／ｍｉｎ）保护尘、钛铁渣、过细高钛渣、氯化炉渣、收尘残渣等）条件下进行电解实验。如若处置不当，会造成环境污染和资源浪费。一以洗涤、干燥后的阴极电解产物作为检测试些生产规模小的厂家，对电炉烟尘、钛铁渣、过细样。利用ＪＳＭ－６７００Ｆ型扫描电镜对电解产物进行高钛渣均直接作废弃处理。曾有过直接将废渣返ＳＥＭ和ＥＤＳ分析，利用日本理学Ｄ／ｍａｘ２２５００ＰＣ［３，５］回钛渣电炉熔炼回收的提议，但由于废渣活型Ｘ

4、射线衍射仪分析其物相结构。性和透气性差，回炉熔炼受到一定程度的限制。表１含钛渣主要化学成分（ｗＢ／％）Ｔａｂｌｅ１Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｔｉｔａｎｉａｓｌａｇ也有利用熔盐电脱氧（ＦＦＣ）法对电炉烟尘及过细［６］含钛渣ＴｉＯ２ＴＦｅＣａＯ高钛渣进行电解制备金属钛，其结果是电解周铁钛渣４８．５３３．７０．３８期较长。本文利用固体透氧膜（ＳＯＭ）法直接由高钛渣８９．０５．１９０．８６含钛渣ＭｇＯＳｉＯ２Ａｌ２Ｏ３ＭｎＯ含钛渣还原制备金属钛及其合金，以实现含钛渣铁钛渣０．２０１．６９０．５３３．１１资源的综合利用。高钛渣０．４２１．８６

5、１．１３３．２４１实验１．１实验和检测实验原料取自贵州遵义钛厂的含钛渣，其主要化学成分如表１所示。将粒径约３ｍｍ的含钛渣经高能球磨机球磨２ｈ，加入液体石蜡作粘结剂，用７６９ＹＰ－２４Ｂ粉末压样机以３～６ＭＰａ的压力制成１０ｍｍ×５ｍｍ的圆片，经１１００℃高温烧结２ｈ，将烧结后的含钛渣片用０．２ｍｍ粗的钼丝缠绕于１．５ｍｍ的钼棒上制成阴极。以ＹＳＺ１—钼棒；２—氧化铝片；３—石墨坩埚；４—氧化锆管；５—铜液；６—钛渣阴极片；７—ＣａＣｌ２熔盐管内碳粉饱和铜液为阳极，以ＣａＣｌ２为熔盐电解图１ＳＯＭ法电解池装置简图质，以石墨坩埚为反应容器。采用透氧膜（Ｓ

6、ＯＭ）Ｆｉｇ．１ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃｃｅｌｌｆｏｒＳＯＭｍｅｔｈ－法隔离阴极与阳极，ＳＯＭ法电解池装置简图如图ｏｄ收稿日期：２０１４－０２－２７基金项目：贵州省科技基金资助项目（Ｊ２０１０２２２７）．作者简介：陈朝轶（１９７７－），男，贵州大学副教授．Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｃｙ１９７７１５＠１２６．ｃｏｍ２０１４年第４期陈朝轶，等：含钛渣短流程直接制备钛及其合金２５１１．２实验原理２结果与讨论ＳＯＭ法实验原理以阴极电脱氧理论为基［７－９］础，电极过程可表示为２．１铁钛渣电解产物分析阴极反应铁钛渣电解产物形貌及ＥＤＳ图

7、谱如图２所－２－（１）示。由图２中可知，电解２ｈ所得产物结构较为ＭｅＯｘ＋２ｘｅＭｅ＋ｘＯ透氧膜／铜液界面致密，具有明显的Ｏ、Ｃｌ和Ｃａ的谱峰（见图２２－［Ｏ］－（２）（ａ））；电解４ｈ所得产物呈颗粒状，Ｏ和Ｃａ的谱ＯＣｕ＋２ｅ阳极反应峰明显变弱，Ｃｌ的谱峰消失（见图２（ｂ））；电解６ｈＣ＋［Ｏ］ＣｕＣＯ（ｇ）（３）所得产物形貌颗粒均匀，呈疏松海绵状，Ｏ的谱峰总反应消失，主要为Ｔｉ、Ｆｅ和微量Ｓｉ、Ｃａ及Ｍｎ的谱峰ＭｅＯｘ＋ｘＣＭｅ＋ｘＣＯ（ｇ）（４）（见图２（ｃ））。电解６ｈ所得产物ＸＲＤ物相谱如图３（ａ）电解２ｈ（ｂ）电解

8、４ｈ（ｃ）电解６ｈ图２铁钛渣电解产物ＳＥＭ照片及ＥＤＳ图谱Ｆｉｇ．２ＳＥＭｉｍａｇｅｓａｎｄＥＤＳｓｐｅｃｔ