钛作为一种银白色金属,是二十世纪出现的最引人注目的新型结构材料和功能材料,具有一系列特殊性能,如密度小、比强度高、耐腐蚀、耐高温低温和适用温度范围广等,在许多领域都具有广泛的应用。自19世纪60年代以来,国际上提出了多种冶炼钛工艺,其中Kroll法是当今世界普遍采用的方法,该法是将富钛料氯化、精制为TiCl4蒸气,再用金属镁还原为海绵状金属钛。这种传统工艺由于流程长、工序复杂等因素而使钛生产成本居高不下,钛的应用也因此受到了极大的限制。本论文通过在熔盐中直接电化学还原TiO2制备金属钛,研究了阴极材料制备(成形和组装)、熔盐电解质的选择等因素对电解效果的影响,并重点进行了电解还原机理的研究。本论文利用循环伏安法、计时电流法和交流阻抗法等电化学方法,探讨了温度范围在1123K～1183K时,TiO2在熔融CaCl2中还原为金属钛的电化学行为,推断TiO2在CaCl2熔盐中的电化学还原是分两步逐级进行的TiO2+ 2 e= TiO +O 2- TiO + 2 e= Ti +O 2-这两个反应方程式的反应电子数和电荷传递电阻分别通过计时电流法及交流阻抗谱等效电路拟合求出。在所研究的实验条件下,这两步反应都为电荷传递动力学行为所控制。通过比较研究六种阴极组装工艺表明,不同的阴极材料制备工艺(成形和组装)对电解体系的电流及电流密度产生一定的影响;将TiO2块钻孔后穿于钼棒上、并在其下端用螺母固定而制成阴极,其电解效果较好。综合考虑到电解温度、熔盐分解电压、设备要求等因素,实验确定采用的熔盐体系为无水CaCl2。进而在总结前期对比实验的基础上,通过不同质量的阴极进行电解,实验得到纯度较高的金属钛;随着电解规模的扩大,电解所需的时间增加,同时产品的纯度也相对降低。