熔盐电解中钛离子电化学沉积行为研究

朱福兴^1,2，邱克辉¹，孙朝晖²，穆天柱²，邓斌²

1. 成都理工大学材料与化学化工学院2. 攀钢集团研究院有限公司钒钛资源综合利用国家重点实验室

摘 要：对熔盐电解提钛工艺中钛离子的电化学沉积行为进行研究,首先通过调整TiCl₄和海绵钛的比例在NaClKCl熔盐中反应制备出不同电解质组分,然后在制备的电解质体系中研究钛离子的电化学沉积行为。低价钛电解质组分的XRD分析结果表明,在993 K的NaCl-KCl熔盐中,当TiCl₄与Ti摩尔比为1∶2时,反应产物主要为2价的TiCl₂,电解质形成NaCl-KCl-TiCl₂体系;当摩尔比为2∶1时,反应产物主要为2.57价的TiCl₂和K₃TiCl₆,电解质形成NaCl-KCl-TiCl₂-K₃TiCl₆体系。两种电解质体系的循环伏安研究结果表明,NaCl-KCl-TiCl₂体系中钛离子的还原历程为Ti²⁺→Ti,主要受扩散影响,扩散系数为2.93×10^-5cm²/s,而NaCl-KCl-TiCl₂-K₂TiCl₆体系中钛离子还原历程为Ti³⁺→Ti²⁺和Ti²⁺→Ti两步。钛离子电化学沉积产物的SEM分析结果表明在NaCl-KCl-TiCl₂体系中,得到的钛粉产物呈现大颗粒的枝晶状,随着电流密度增大和钛离子浓度减小,钛粉产物颗粒逐步变细;而在NaCl-KCl-TiCl₂-K₂TiCl₆体系中获得产物为细颗粒的多孔状钛粉。

关键词：钛粉;海绵钛;TiCl4;熔盐电解;钛离子;电化学沉积;平均价态;