钛是一种性能优越的结构材料和功能材料,具有密度小、比强度高、耐腐蚀、耐高温低温和适用温度范围广等特点。但是钛的制取却很困难,尤其是工业中对钛的纯度要求很高,导致钛的制备工艺更加复杂。目前,传统的Kroll法生产钛的工艺虽然已经很成熟,但仍然存在很多问题,如工艺复杂,生产周期长,不能连续化等等。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。该方法是一种低能耗、无污染的绿色冶金新工艺。目前以这种方法为基础,研究比较多的制取钛的新工艺有:FFC法,EMR法,OS法等,其中以FFC为代表的TiO₂直接电解制取钛的工艺是最具发展前景的无污染绿色冶金新工艺。本文在FFC电解工艺基础上,对工艺过程及实验装置做了相应的改进和完善,进行了一系列的电解实验,得到了一定纯度的钛。通过对实验装置的改进、熔盐和氩气的预处理,确保了实验的顺利进行。在阴极制备过程中,通过在二氧化钛粉末中添加碳粉的工艺,证实了二氧化钛配碳烧结可以增加二氧化钛的孔隙度,并通过相应的计算得到配碳烧结前后二氧化钛的孔隙度分别为34.61%和36.45%。实验所需的氧势很低,计算表明增大氩气流速和提高通氩气的时间,使得氧分压降至足够低,可以确保实验的顺利进行。通过热力学计算,得到了TiO₂逐级还原各阶段的理论分解电压。计算结果表明,TiO₂直接电解制取钛的理论分解电压很高,而TiO₂逐级电解各阶段的理论分解电压均低于此值,因此TiO₂直接电解制取钛的过程是逐级还原的过程,在电解过程中不同的阶段加载不同的电压,可以提高电流效率。实验结果表明,通过熔盐电解TiO₂制备钛的实验得到了纯度较高的海绵钛,TiO₂的电解是由外向内依次进行的,随着电解试样质量的增加,电解电流也随之增大。认为反应机理是阴极氧的离子化的原位还原反应。通过电化学和热力学的理论研究证实:TiO₂的还原过程是由高价到低价再到金属逐级进行的,最低价钛氧化物的理论分解电压最高,是限制性环节,与电解产物的分析检测结果一致。实验过程中电流效率难以提高的主要原因是由于大量副反应的存在,研究了副反应产生的机理、有效抑制副反应的发生,有利于提高电流效率。