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本文对熔盐电解法制备钛的技术进行了回顾与总结,并分析了各自的特点,重点对近年来出现的熔盐电解TiO2制备金属钛,即剑桥工艺(FFC工艺)的实验条件和过程参数进行了研究。在实验室自制的电解装置上,分别就FFC工艺中阴极制备、熔盐预处理、电解设备改进、电解过程控制等方面进行了探索性实验研究,并对电解过程基本的电化学特性进行了初步研究。阴极制备主要包括40MPa压力下模压成型、两段式烧结(1小时内升至550℃保温1小时,再1小时升温至900℃保温8小时)及烧结后TiO2块打孔用钼棒串接三个主要环节;实验中选用CaCl2作为电解熔盐,并对其进行预处理(100℃,保温1小时; 300℃,保温2小时);经热力学计算,还原钛氧化物的氧分压至少要低于5.11×10-7Pa,结合电解过程中所用熔盐CaCl2有极强的吸水性的特点,电解装置应有较高的密封性,自行设计了一套密封性可靠的电解装置,便于实验过程中熔盐预处理和氧分压的控制;通过干燥处理预电解过程中Ar流量大约为1.5L/min、电压为2.8 V、温度为850℃、时间为2小时,电解过程中Ar流量大约为0.2L/min、电压为3.1V、温度为900℃,实验结果表明电解时间与TiO2质量密切相关,质量越大需要电解的时间越长;通过自来水冲洗—稀盐酸浸泡、洗涤—在超声波辅助作用下稀盐酸洗涤,可减少熔盐及其它杂质对电解产物检测结果的影响;最后,通过循环伏安法、计时电流法对电解机理的研究,确定电解还原TiO2制备金属钛主要经历了TiO2-TiO-Ti的过程。电解样品经洗涤、干燥后,采用配有X光电子能谱仪(XPS)的扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和化学分析等方法,对电解还原产物进行了分析,结合电化学特性研究,确定TiO2阴极的还原是由外向内、由高价到低价再到金属逐步进行的。在实验室成功制备得到了钛含量分别为99.113%,99.057%,91.74%,对应质量分别为6.5g,10.8g和22.5g的电解样品。结果表明,在熔盐CaCl2中可通过直接电解TiO2的方法制备钛。