PDF《攀枝花含钛高炉渣直接制备钛合金》

电话:021-56335768;

Email:[email protected] 中国有色金属学报

2010 年9月1830 验装置如图

1 所示,其基本原理在文献[8?10]中有详 细描述.其电极过程可表示如下: 阴极反应 MeOx+2xe=Me+xO2? (

1 ) 透氧膜/铜液界面: O2? = [O]Cu+2e (

2 ) 阳极反应: C+[O]Cu=CO(g) (

3 ) 总反应: MeOx+xC=Me+xCO(g) (

4 ) 将攀枝花含钛高炉渣球磨数小时后筛分,获得颗 粒细小均匀的含钛高炉渣细粉, 实测成分如表

1 所列, 主要含有氧化钛和氧化硅以及氧化钙和氧化铝等组 元. 在细粉中加入添加剂聚乙烯醇缩丁醛(PVB),混 合均匀后,利用粉末压样机,将含钛高炉渣粉料在 10~15MPa 的压力下压制为圆片(d15 mm*2 mm,1.5 g),然后在

1 150 ℃的氧化性气氛中烧结

2 h.烧结后 高炉渣的 XRD 谱如图

2 所示.由图

2 可以看出,烧 结后的钛渣中主要存在物相为钙钛矿(CaTiO3) 和透 辉石(Ca(Mg, Al)(Si, Al)2O6)以及少量普通辉石等其他 成分. 图1含钛高炉渣电解实验装置示意图 Fig.1 Schematic diagram of cell setup electrolysis of Ti-bearing blast furnace slag 表1含钛高炉渣实测化学成分 Table

1 Chemical component of Ti-bearing blast furnace slag (mass fraction, %) TiO2 SiO2 CaO Al2O3 MgO TFe MnO V2O5 21.00 26.57 26.52 13.09 9.98 2.17 0.70 0.25 图2攀枝花含钛高炉渣烧结后 XRD 谱Fig.2 XRD pattern of sintered Ti-bearing blast furnace slag 将烧结后的圆片用直径为 0.2 mm 的钼丝缠绕于 直径为 1.5 mm 钼棒上制成阴极,阳极为固体透氧膜 管内碳粉饱和的铜液,以CaCl2 为熔盐电解质,石墨 坩埚为反应容器.实验用固体透氧膜管为本实验室自 制的 8%(摩尔分数)氧化钇部分稳定氧化锆膜管(d20 mm*100 mm). 实验体系采用高纯氩气保护,升温至

1 100 ℃时 先在 2.5 V 电压下进行预电解

1 h,以脱除熔盐中残存 杂质,然后将电解电压设定为 3.5~4.0 V 进行电解实 验,记录电流随时间变化.电解温度为

1 100 ℃,电 解时间为 2~8 h.电解后将阴极产物取出,用蒸馏水 洗净熔盐并在低温烘干,利用日本理学D/max22500PC 型X射线衍射仪分析电解阴极产物的 相结构, 用JSM?6700F 型扫描电子显微镜对电解后阴 极产物进行 SEM 和EDX 分析.

2 结果与讨论 2.1 阴极片在电解前后的微观组织 阴极片在烧结前后的 SEM 像如图

3 所示.由图 3可以看出,烧结前颗粒大小形状不规则,颗粒较小 且比较致密;

烧结后的颗粒和孔隙率都有所增大,颗 粒表面圆滑且颗粒间形成更多孔隙,为电解时熔盐传 导氧离子提供了必要的通道. 图4所示为含钛高炉渣不同电解时间的阴极产 物SEM 像.由图

4 可以看出,随着电解过程的进行, 产物颗粒由初始的具有立方外形逐渐还原生长成圆形 第20 卷第

9 期 邹星礼,等:攀枝花含钛高炉渣直接制备钛合金

1831 颗粒.通过 EDX 能谱分析可知,图4(a)中立方形颗粒 为钙钛矿.由于电解

2 h 后的产物中还含有较多钙钛 矿,因此在电解初期阶段进行的反应主要为透辉石 (Ca(Mg, Al)(Si, Al)2O6)的分解和还原.随着电解时间 的延长,钙钛矿开始被电解还原,产物颗粒之间也开 始粘结长大,形貌疏松多孔,由电解 6~8 h 之后产物 的孔隙率可以看出,电解过程中熔盐在块状阴极中是 易于浸入的,这也保证了电解过程的高效进行. 2.2 电解后阴极产物的微观组织 图5所示为电解后阴极产物的 SEM 像及能谱图. 图5(a) 所示为电解