FFC法中温度对TiO2阴极的影响研究

论文摘要

金属钛是一种性能优越的结构和功能材料。目前制备钛的Kroll法存在工艺复杂,生产周期长,不能连续化生产等问题。自2000年以来,国际上掀起了TiO2电化学还原制备海绵钛的研究热潮,其中直接电解TiO2制取钛的FFC工艺被大家认为最具发展前景。本论文工作以FFC工艺为基础,考察烧结温度对TiO2阴极物相组成、微观结构、氧空位及电解产物的影响;考察电解温度对电流变化、电解产物的影响,确定了适宜的烧结温度、电解温度;研究了熔盐电解体系中TiO2阴极的导电性,主要研究工作及内容概况如下:通过对TiO2烧结及其电解实验,研究了烧结温度对TiO2阴极的物相组成、微观结构、氧空位及电解产物的影响。在600～1000℃,随着烧结温度的升高,烧结样品的颗粒尺寸及致密度逐渐增大,开气孔逐渐减少,孔隙、比表面积、平均孔径、孔容及有效反应面积逐渐减小。在相同电解条件下,阴极的导电性和有效反应面积影响电解产物钛含量,随着烧结温度的升高,电解产物含钛量逐渐增加,含氧量逐渐减少;在相同的烧结温度下,随着电解温度的升高,有利于钛的生成。通过实验室研究,得到了熔盐电解二氧化钛制备钛的主要试验参数,确定适宜的烧结温度900℃。这一研究为后续研究奠定了基础。在电解过程中电流都随时间的增加而减小;电解温度的升高有利于钛的生成,但经在900℃、950℃温度下电解,电解产物的钛含量增加不明显。因此,实验确定电解温度为900℃。在对烧结TiO2的XRD、XPS及电导率测定基础上,研究分析了熔盐电解体系中TiO2电极导电性认为:高温烧结可以改变TiO2的能带结构,产生导电空位,形成O2-;TiO2电极在熔盐中形成双电层,使氧原子离子化,形成TiO2-X离子结构;熔盐中的离子渗透到TiO2电极内部,增加了电极内的导电离子数。以上结论说明绝缘TiO2可在实验条件下可转变为有效电极。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 钛的性质及其用途
• 1.2.1 钛的性质
• 1.2.2 钛的主要用途
• 1.3 FFC 法的简介及其研究现状
• 2 熔盐电解法（FFC 法）'>1.3.1 Ti0₂ 熔盐电解法（FFC 法）
• 1.3.2 FFC 法的研究现状
• 1.4 本论文研究的主要内容
• 2 实验部分
• 2.1 实验主要原材料、仪器及设备
• 2.1.1 主要原材料
• 2.1.2 主要仪器及设备
• 2.2 实验方案
• 2.3 阴极的制备
• 2.3.1 筛分、混料
• 2.3.2 成形方法
• 2.3.3 压制
• 2.3.4 烧结理论基础
• 2.3.5 阴极的组装
• 2.4 阳极材料的选择
• 2.5 电解阶段的前期准备
• 2.5.1 石墨阳极及石墨坩埚的预处理
• 2.5.2 氩气的处理
• 2.5.3 熔盐的选择及预处理
• 2.6 电解
• 2.6.1 预电解阶段
• 2.6.2 电解阶段
• 2.7 电解产物的后处理
• 2.8 分析检测
• 2.8.1 物相分析
• 2.8.2 微观形貌及其元素组成分析
• 2.8.3 氧空位的分析
• 2.8.4 比表面及孔径的分析
• 2.8.5 电导率的分析
• 3 结果与讨论
• 2 的影响'>3.1 烧结温度对Ti0₂的影响
• 3.1.1 烧结过程中的实验现象
• 2 阴极物相组成的影响'>3.1.2 烧结温度对Ti0₂阴极物相组成的影响
• 3.1.3 烧结温度对低价氧化物及氧空位的影响
• 2 阴极微观结构的影响'>3.1.4 烧结温度对Ti0₂阴极微观结构的影响
• 2 阴极孔径分布及表面积的影响'>3.1.5 烧结温度对Ti0₂阴极孔径分布及表面积的影响
• 2 阴极电解产物的影响'>3.1.6 烧结温度对Ti0₂阴极电解产物的影响
• 3.2 电解温度对电解产物的影响
• 3.2.1 电解过程中的实验现象
• 3.2.2 电解过程中电流的变化情况
• 3.2.3 电解温度对电解产物的影响
• 2 阴极导电性的研究'>3.3 Ti0₂阴极导电性的研究
• 2 电极导电性的影响'>3.3.1 高温对Ti0₂电极导电性的影响
• 2 电极导电性的影响'>3.3.2 双电层对Ti0₂电极导电性的影响
• 2 电极导电性的影响'>3.3.3 熔盐离子对Ti0₂电极导电性的影响
• 4 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目