熔盐电解法制备金属钛

从熔盐中电解制取金属钛摘要：从电解质溶液的经典理论、半经验模型和统计学3个方面综述了电解质溶液热力学性质的研究进展，并对各种理论和模型在理论与实践方面的局限性作了相关评述。

从分子、离子角度对电解质溶液的热力学性质进行研究比较，探讨了其宏观热力学性质与微观结构的相关性。

展现了电解质溶液热力学理论研究的热点和未来的发展方向。

关键字：金属钛，熔盐电解，电渣熔炼钛的生产成本高，使其应用受到了限制。

如能从熔盐中直接电解得到钛，就可减少成本。

然而，从熔融盐中电解得到的固态钛很可能是树枝状晶，需要再经过真空电弧重熔。

如果能得到液态钛，上述问题即可迎刃而解。

但因钛的熔点高，高温活性大，保持其液态是非常困难的。

E SR（电渣熔炼）是钢的提纯工艺之一。

在该工艺中。

大电流通过电解槽时产生的热量将自耗电极熔化；电极周围温度可达2000K。

从自耗电极上得到的金属滴收集于金属熔池中。

然后凝固在基板上。

该工艺通常使用交流电，但也可用直流电。

使用直流电，可以掌握电解效果。

1.原理给ESR装置通以反向直流电，电解槽底部的金属熔池即发生阴极反应：Ti4++4e=Ti，原料为TiO2,不能用TiCl4;悬浮于电解槽中央的石墨电极作阳极，反应为:O2-+C=CO+2e；总的反应为：TiO2+2C=Ti+2CO.因此，所用的电解质在相关温度下应保持TiO2具有足够的可溶性，同时其主要成分的电化性能要比TiO2更稳定，故选CaO-CaF2。

2.实验实验装置简图1。

水冷却系统的出入口配有1个流速计和2个温度计。

两种类型的电解容器见图2.容器内为110mm、高400mm，均由铜制的边部坩埚和底座坩埚组成。

图2 两种电解容器简图用带尖头的石墨电极作阳极，直径为40mm,50mm和60mm，长度约为1m。

该电极可借助于电极驱动装置以恒定的速率上下移动。

直径110mm，厚度20mm 的薄Fe板装在底座坩埚上，为阻止与Cu坩埚反应，也可以用敷铁的Cu板代替Fe板。

mer法制备金属钛以Mer法制备金属钛引言：金属钛具有优异的机械性能和化学稳定性，广泛应用于航空航天、化工、医疗等领域。

而Mer法（Molten Salt Electrolysis Reduction，熔盐电解还原法）是一种重要的金属钛制备方法。

本文将介绍Mer法的基本原理、工艺流程以及该方法的特点和应用。

一、Mer法的基本原理Mer法是一种通过电解熔盐来制备金属的方法。

其基本原理是将钛矿石加入熔盐中，通过电解的方式将钛离子还原为金属钛。

具体过程如下：1. 准备熔盐电解池：将适量的氯化钠（NaCl）和氯化钙（CaCl2）加入容器中，加热至高温使其熔化，形成熔盐电解池。

2. 准备钛矿石：将钛矿石研磨成粉末状，并进行预处理，如酸浸、氧化等。

3. 电解还原：将钛矿石粉末加入熔盐电解池中，通过电流作用下，钛矿石中的钛离子（Ti4+）被还原为金属钛（Ti）。

4. 分离提取：通过特定的分离技术，将金属钛从熔盐中提取出来。

二、Mer法的工艺流程Mer法制备金属钛的工艺流程主要包括钛矿石的预处理、电解还原和分离提取三个步骤。

1. 钛矿石的预处理：将钛矿石进行破碎、研磨等物理处理，以便提高钛矿石的反应性和表面积。

同时，还可以进行酸浸、氧化等化学处理，去除杂质和氧化物，提高钛矿石的纯度。

2. 电解还原：将预处理后的钛矿石粉末加入熔盐电解池中，设置阳极和阴极，并施加电流。

阳极上的氯化钠（NaCl）被氧化为氯气（Cl2），而阴极上的钛离子（Ti4+）则被还原为金属钛（Ti）。

电解过程中，钛矿石的纯度和电流密度等因素会影响金属钛的产率和质量。

3. 分离提取：经过电解还原后，金属钛以固体形式存在于熔盐中。

通过特定的分离技术，如过滤、离心、溶解等，将金属钛从熔盐中提取出来。

此过程中，还需进行一系列的后处理步骤，如洗涤、干燥等，以获得纯度较高的金属钛产物。

三、Mer法的特点和应用Mer法制备金属钛具有以下特点：1. 高效节能：相比于传统的还原法，Mer法在电解过程中不需要额外加热，能够节约能源和成本。

第３４卷第７期重庆大学学报Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．７２０１１年７月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＪｕｌ．２０１１ 文章编号：１０００ ５８２Ｘ（２０１１）０７ ０３４ ０５犆犪犆犾２熔盐电解钛精矿制备犜犻犉犲合金施瑞盟１，白晨光１，杜继红２（１．重庆大学材料科学与工程学院，重庆４０００４４；２．西北有色金属研究院，陕西西安７１００１６）收稿日期：２０１１ ０３ １０基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目（２００７ＣＢ６１３８０１）作者简介：施瑞盟（１９７９），男，重庆大学博士研究生，主要从事电化学方面的研究。

白晨光（联系人），男，重庆大学教授，博士生导师，（Ｅ ｍａｉｌ）ｂｇｕａｎｇ＠ｃｑｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。

摘　要：在ＣａＣｌ２熔盐中，以通Ａｒ气保护条件下经过熔融后再凝固的钛精矿作为阴极，进行电解制备钛铁合金，探讨电解过程中ＴｉＦｅ合金的形成机制。

在电解电压为３．１Ｖ，电解温度９００℃时，研究了电解时间对电解产物的影响。

研究结果表明，实验室条件下，可以通过熔盐电解钛精矿的方法制备成分均匀的ＴｉＦｅ合金。

钛精矿在电解过程中经历了优先生成Ｆｅ，然后逐步形成ＴｉＦｅ的合金化历程，中间产物包括ＣａＴｉＯ３、ＴｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ３、ＴｉＯ、Ｆｅ、ＴｉＦｅ２，Ｔｉ的还原是分多步完成的。

关键词：电解还原；钛合金；ＣａＣｌ２熔盐；ＴｉＦｅ；ＴｉＦｅ２ 中图分类号：ＴＱ１３４．１＋１文献标志码：Ａ犘狉犲狆犪狉犪狋犻狅狀狅犳犜犻犉犲犪犾犾狅狔犫狔犲犾犲犮狋狉狅 犱犲狅狓犻犱犻狕犪狋犻狅狀犻狀犿狅犾狋犲狀犮犪犾犮犻狌犿犮犺犾狅狉犻犱犲犳狉狅犿狋犻狋犪狀犻狌犿犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犲狊犛犎犐犚狌犻 犿犲狀犵１，犅犃犐犆犺犲狀犵 犵狌犪狀犵１，犇犝犑犻 犺狅狀犵２（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４４，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ；２．ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＩｎｓｔｉｔｕｔｅｆｏｒＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈ，Ｘｉ’ａｎ，Ｓｈａａｎｘｉ７１００１６，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：ＴｉＦｅａｌｌｏｙｉｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｍｏｌｔｅｎ ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄｔｉｔａｎｉｕｍｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｉｎｍｏｌｔｅｎＣａＣｌ２，ｗｈｉｃｈｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｕｎｄｅｒａｒｇｏｎａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ．ＴｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＴｉＦｅａｌｌｏｙｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｔｉｍｅｏｎｐｒｏｄｕｃｔｉｓｓｔｕｄｉｅｄｗｈｅｎｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｖｏｌｔａｇｅｉｓ３．１Ｖａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓ９００℃．ＲｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔＴｉＦｅａｌｌｏｙｗｉｔｈｕｎｉｆｏｒｍｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｈｉｓｍｅａｎｓ．ＴｈｅｄｅｏｘｉｄｉｚｅｐｒｏｄｕｃｔｉｓｉｒｏｎａｎｄＴｉＦｅａｌｌｏｙｂｙｏｒｄｅｒ．ＴｈｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆＴｉｉｓａｍｕｌｔｉ ｓｔｅｐｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｐｒｏｄｕｃｔｓｉｎｃｌｕｄｅＣａＴｉＯ３，ＴｉＯ２，Ｔｉ２Ｏ３，ＴｉＯ，ＦｅａｎｄＴｉＦｅ２．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃｒｅｄｕｃｔｉｏｎ；ｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙｓ；ｍｏｌｔｅｎｃａｌｃｉｕｍｃｈｌｏｒｉｄｅ；ＴｉＦｅ；ＴｉＦｅ２ 中国钛矿资源主要分布在广东、广西、海南、河北、攀枝花等地，钛精矿的ＴｉＯ２品位一般为４５％～６０％。

第52卷第4期2021年4月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.52No.4Apr.2021熔盐电脱氧含钛废渣制备金属钛盖家萱1,2，陈朝轶1,2，李军旗1,2，王林珠1,2，申园园1,2(1.贵州大学材料与冶金学院，贵州贵阳，550025；2.贵州省冶金工程与过程节能重点实验室，贵州贵阳，550025)摘要：在CaCl 2熔盐电解质中，以含钛废渣为阴极，碳棒为阳极，采用熔盐电脱氧法制备金属钛。

结合循环伏安法与SEM-EDS 、XRD 等分析手段，考查电解时间、槽电压对电脱氧效果的影响，并分析杂质行为。

研究结果表明：延长电解时间，产物氧含量明显降低；电解初期，脱氧反应较为剧烈，电流急剧下降；电解3.5h 时开始析出金属Ti ，6h 后产物颗粒粒度明显增大；电解12h 时，金属Ti 质量分数达到94.23%，产物为金属Ti 和微量TiO ；当槽电压低于2.0V 时，电流较小，电脱氧效果不明显，产物主要为CaTiO 3和钛的低价氧化物；当槽电压升至2.8V 时，电流明显增加，电解4h 时开始析出金属Ti ，电解15h 时，产物呈海绵形态，Ti 质量分数达到97.79%，O 质量分数降至0.71%，残留微量的Fe ，Al 和Si 等杂质；电脱氧历程为：CaTiO 3→Ti 2O 3→TiO →Ti ，部分杂质进入熔盐和生成氯化物挥发。

关键词：含钛废渣；电脱氧法；脱氧历程；金属钛；杂质中图分类号：TF823文献标志码：A文章编号：1672-7207（2021）04-1076-07Preparation metal titanium from molten salt electrodeoxidizedtitanium-containing waste residueGAI Jiaxuan 1,2,CHEN Chaoyi 1,2,LI Junqi 1,2,WANG Linzhu 1,2,SHEN Yuanyuan 1,2(1.School of Materials and Metallurgy,Guizhou University,Guiyang 550025,China;2.Guizhou Province Key Laboratory of Metallurgical Engineering and Process Energy Saving,Guiyang 550025,China)Abstract:Titanium was prepared using electro-deoxidation method in CaCl 2molten salt electrolytes.Titanium-containing waste residue acted as the cathode,while carbon rod as the anode.The effect of duration of electrolysis and bath voltage on the electro-deoxidation was investigated,and behavior of impurity was analyzed by cyclicDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2021.04.004收稿日期：2020−06−29；修回日期：2020−08−13基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51664005，51774102)；贵州省科技平台及人才团队建设计划项目([2017]5626，[2017]5788，黔教合KY 字(2015)334号)(Projects(51664005,51774102)supported by the National Natural Science Foundation of China;Projects([2017]5626,[2017]5788,KY[2015]334)supported by Talents of Science and Technology Cooperation Platform of Guizhou Province)通信作者：陈朝轶，博士，教授，从事冶金资源综合利用研究；E-mail ：*****************引用格式：盖家萱,陈朝轶,李军旗,等.熔盐电脱氧含钛废渣制备金属钛[J].中南大学学报(自然科学版),2021,52(4):1076−1082.Citation:GAI Jiaxuan,CHEN Chaoyi,LI Junqi,et al.Preparation metal titanium from molten salt electrodeoxidized titanium-containing waste residue[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2021,52(4):1076−1082.第4期盖家萱，等：熔盐电脱氧含钛废渣制备金属钛voltammetry method,SEM-EDS and XRD detections.The results show that the oxygen content is decreased significantly with the increase of the duration of electrolysis time.In the early stage of electrolyis,the deoxidation reaction is enhanced and the current decreases sharply.Ti precipitated after electrolyzing for 3.5h and the particle size increase after electrolyzing for 6h.The electrolysate is composed of Ti and TiO in which Ti mass fraction reaches 94.23%after electrolyzing for 12h.The electric current is 2.0V ,electro-deoxidation is bad and the electrolysate is mainly CaTiO 3and low valence titanium oxide at low bath voltage.When the bath voltage is 2.8V ,the current significantly increases,and the metal Ti is precipitated after electrolyzing for 4h.The electrolysate is sponge shaped with trace of Fe,Al and Si,in which Ti mass fraction reaches 97.79%and the O mass fraction decreases to 0.71%after electrolyzing for 15h.The electrodeoxidation process is as follows:CaTiO 3→Ti 2O 3→TiO →Ti.Some impurities enter into the molten salt and chloride volatilization is generated.Key words:slag containing titanium;electro-deoxidization;deoxidization process;titanium;impurity钛具有比强度高、密度小、耐热性及耐腐蚀性强的特点，应用广泛[1−2]。