熔鹽電解精煉制備高純鈦的工藝研究.pdf

1、高純鈦具有一系列優(yōu)異的性能,如高熔點、優(yōu)異的耐腐蝕性、耐熱性、吸氣性、無磁性以及好的生物相容性等,在微電子工業(yè)、核工業(yè)、石油化學工業(yè)以及生物醫(yī)藥等方面均有廣泛應(yīng)用,并且存在巨大發(fā)展?jié)摿?。高純鈦?yīng)用的瓶頸在于其制備較困難,導致其生產(chǎn)成本居高不下。
　　 本文介紹了目前常用的幾種高純鈦的制備方法并分析了各自的特點,對在NaCl-KCl-TiClx熔鹽體系內(nèi)進行電解精煉制備高純金屬鈦的設(shè)備及過程進行了實驗研究。實驗以海綿鈦為可溶陽極,

2、純鈦為陰極,NaCl-KCl-TiClx混合熔鹽為電解質(zhì),在650～950℃范圍內(nèi),采用自行設(shè)計的熔鹽電解槽進行電解精煉,獲得了可用于微電子工業(yè)的4N5級高純鈦,并得出以下主要結(jié)論:
　　 1)通過增加熔鹽中鈦離子與雜質(zhì)離子的濃度比,可有效降低電解精煉產(chǎn)品中Fe、Cr等金屬雜質(zhì)含量。設(shè)備的材質(zhì)對產(chǎn)品純度有顯著影響,為了避免設(shè)備材質(zhì)污染產(chǎn)品,應(yīng)選擇高溫下與實驗原料及熔鹽不易反應(yīng)的坩堝材料。實驗獲得制備高純鈦的最佳工藝條件為:電解溫

3、度800～950℃、陽極電流密度小于6000A/m2、熔鹽中可溶鈦濃度4wt％～10wt％、陰極電流密度5000～8000A/m2、電解時間28～40h,通過選擇性收集陰極沉積物,可得到純度較高的粗大樹枝狀電解鈦。
　　 2)部分雜質(zhì)離子的行為如下:Mn離子將在陽極優(yōu)先溶出,并在熔鹽中富集;Fe、Cr、Al則主要殘留在陽極泥中,極少部分溶出進入熔鹽并在陰極析出,熔鹽中原有的此類雜質(zhì)則優(yōu)先在陰極析出,因此需對熔鹽進行預電解精制。<

4、br>　　 3)陰極電流密度、可溶鈦濃度、電解溫度、沉積時間等因素對鈦粉的形貌和粒度分布有較大影響,低電流密度、高可溶鈦濃度情況下的結(jié)晶較粗大,而高電流密度、低可溶鈦濃度下則為樹枝狀結(jié)晶。因此,可通過調(diào)節(jié)電解參數(shù)來獲得不同形貌和粒度分布的鈦粉。熔鹽電解時陰極板與熔鹽接觸部位會形成數(shù)層片狀的致密金屬鈦,該致密層對制備鈦粉有害。
　　 4)正交試驗結(jié)果表明,在所選定實驗參數(shù)范圍內(nèi),陰極電流密度對電流效率的影響最大,其次分別為可溶鈦