含钛渣短流程直接制备钛及其合金_陈朝轶.pdf

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，以管内碳粉饱和的铜液为阳极以电解温度槽电压在熔盐中电解研究成型压力及ＹＳＺ，１１００℃、３．５ＶＣａＣｌ２，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，在电炉熔炼和四１所示。在电解温度为１１００℃、电解电压为３．５氯化钛生产过程产生的大量含钛渣［１－４］（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回钛渣电炉熔炼回收的提议［３，５］，但由于废渣活型Ｘ射线衍射仪分析其物相结构。表含钛渣主要化学成分性和透气性差，回炉熔炼受到一定程度的限制。１（ｗＢ／％）也有利用熔盐电脱氧（ＦＦＣ）法对电炉烟尘及过细Ｔａｂｌｅ１Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｔｉｔａｎｉａｓｌａｇ含钛渣高钛渣进行电解制备金属钛［６］，其结果是电解周ＴｉＯ２ＴＦｅＣａＯ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含钛渣含钛渣还原制备金属钛及其合金，以实现含钛渣ＭｇＯＳｉＯ２Ａｌ２Ｏ３ＭｎＯ铁钛渣０．２０１．６９０．５３３．１１资源的综合利用。高钛渣０．４２１．８６１．１３３．２４１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粗的钼钼棒氧化铝片石墨坩埚丝缠绕于１．５ｍｍ的钼棒上制成阴极。以ＹＳＺ１—；２—；３—；—氧化锆管；—铜液；—钛渣阴极片；—熔盐管内碳粉饱和铜液为阳极以为熔盐电解４５６７ＣａＣｌ２，ＣａＣｌ２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，。（ＳＯＭ）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：[e-mail]２０１４年第４期陈朝轶，等：含钛渣短流程直接制备钛及其合金１５２１．２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础［７－９］，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图谱如图２所－２－示由图中可知电解所得产物结构较为ＭｅＯｘ＋２ｘｅＭｅ＋ｘＯ（１）。２，２ｈ透氧膜／铜液界面致密，具有明显的Ｏ、Ｃｌ和Ｃａ的谱峰（见图２２－－电解所得产物呈颗粒状和的谱Ｏ［Ｏ］Ｃｕ＋２ｅ（２）（ａ））；４ｈ，ＯＣａ阳极反应峰明显变弱，Ｃｌ的谱峰消失（见图２（ｂ））；电解６ｈ所得产物形貌颗粒均匀呈疏松海绵状的谱峰Ｃ＋［Ｏ］ＣｕＣＯ（ｇ）（３），，Ｏ总反应消失，主要为Ｔｉ、Ｆｅ和微量Ｓｉ、Ｃａ及Ｍｎ的谱峰见图电解所得产物物相谱如图ＭｅＯｘ＋ｘＣＭｅ＋ｘＣＯ（ｇ）（４）（２（ｃ））。６ｈＸＲＤ３（ａ）电解２ｈ（ｂ）电解４ｈ（ｃ）电解６ｈ图２铁钛渣电解产物ＳＥＭ照片及ＥＤＳ图谱Ｆｉｇ．２ＳＥＭｉｍａｇｅｓａｎｄＥＤＳｓｐｅｃｔ