【摘 要】
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金属钛及其合金因具备比强度高、耐腐蚀性好以及生物相容性好等优点,被广泛的应用于多种领域,而目前工业上制备钛的方法存在着工艺流程复杂等缺陷,致使钛的生产成本一直居高不下,限制了钛在中低端领域及民用领域的应用。因此,探索一条生产工艺流程简单的钛制备工艺有着重要的意义。本研究借鉴工业电解铝的成功经验,寻找一个对TiO2有一定溶解能力的氟化物熔盐体系,探究在固态阴极及液态阴极上直接电解TiO2制备金属钛的
【基金项目】
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国家自然科学基金（51764032）低温电解质初晶温度和氧化铝溶解性能及机理的研究； 国家自然科学基金（52064030）； 国家重点研发计划项目（2019YFC1904205）；
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金属钛及其合金因具备比强度高、耐腐蚀性好以及生物相容性好等优点,被广泛的应用于多种领域,而目前工业上制备钛的方法存在着工艺流程复杂等缺陷,致使钛的生产成本一直居高不下,限制了钛在中低端领域及民用领域的应用。因此,探索一条生产工艺流程简单的钛制备工艺有着重要的意义。本研究借鉴工业电解铝的成功经验,寻找一个对TiO2有一定溶解能力的氟化物熔盐体系,探究在固态阴极及液态阴极上直接电解TiO2制备金属钛的可行性。主要的研究内容及结论如下:（1）在NaF-K2TiF6体系中,摩尔比为1.5:1时体系有着较为适宜的初晶温度和TiO2溶解度,初晶温度和溶解度分别约为762℃和6wt%。二氧化钛溶解度完全满足电解需要。TiO2在熔盐体系中的溶解以化学形式为主,溶解后形成新的络合物K2NaTiOF5。少量TiO2溶解后会降低熔盐体系的初晶温度。（2）通过热力学计算发现:在NaF-K2TiF6体系和NaF-Na2TiF6体系中,理论上钛的还原是逐步进行的,且以氧化物形式存在的钛离子相较于以氟化物形式存在的钛离子更容易被还原。（3）通过探究钛离子在不同熔盐电解系统中阴极过程发现,在NaF-K2TiF6电解质体系中,钛离子的沉积分两步进行:TiF62-+e→TiF63-;Ti3++e→Ti。以金属锌作为液态阴极能够一定程度的实现去极化作用。在NaF-K2TiF6电解质体系中,不同的外电压施加会改变钛离子在阴极沉积的控制步骤。（4）通过进行不同熔盐电解质体系、不同实验条件下的双电极恒流电解实验发现:电流密度、电解温度及电解时间都会对电解过程产生一定影响。在电流密度为0.87A/cm2,电解温度790℃、极距1.5cm、以不锈钢作为阴极的,石墨作为阳极电解3h后,阴极产物能够检测到单质钛,阴极产物的微观形貌以小颗粒形式存在且夹杂着一定的熔盐。（5）在以锌作为阴极的双槽电解实验中,电解前后电解质成分基本保持不变,消耗的二氧化钛和溶解的二氧化钛基本达到了动态平衡,阴极产物的锌基体中检测到钛元素的存在。同时在电解过程中会生成KZnF3致使锌会有一定程度的消耗。
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