《離子液體低溫電解還原鈦鐵礦製備鈦鐵合金的研究》是依託昆明理工大學，由華一新擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：離子液體低溫電解還原鈦鐵礦製備鈦鐵合金的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：華一新
- 依託單位：昆明理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鈦鐵合金在鋼鐵工業、能源新材料和磁性材料等領域具有廣闊的工業套用前景。本項目針對我國鈦資源儲量豐富且以鈦鐵礦為主的特點以及現行鈦鐵合金製備工藝存在的問題，以鈦鐵礦為原料，通過礦相重構使鈦鐵礦轉化為導電性良好的Fe/TiO2複合電極材料，用離子液體作為電解質在低溫下將複合電極中的TiO2原位還原並與其中的鐵生成鈦鐵合金。主要研究鈦鐵礦的礦相重構機制及其與導電性和電化學性質的關係；複合電極中TiO2原位還原的電化學行為及其電荷和物質遷移規律；鈦鐵合金在離子液體電化學原位還原過程中的成核與生長規律；離子液體的組成、添加劑、電流密度、槽電壓及溫度等參數對電耗和電流效率的影響規律；測定離子液體物理化學性質並研究其在電解過程中的穩定性和電化學行為。研究工作對從源頭上顯著降低鈦鐵合金的生產成本，減少排放，提高產品附加值，解決我國鈦資源的經濟合理利用問題，具有重要的科學意義和廣闊的工業套用前景。
結題摘要
鈦鐵合金在鋼鐵工業、能源新材料和磁性材料等領域具有廣闊的工業套用前景。本項目針對我國鈦資源儲量豐富且以鈦鐵礦為主的特點以及現行鈦鐵合金製備工藝存在的問題，以鈦鐵礦為原料，採用離子液體或熔鹽作為電解質將鈦鐵礦原位還原成鈦鐵合金。（1）系統測定了[Bmim]Cl-AlCl3、[Bmim]BF4、[Bmim]PF6、[Bmim]NTf2和[Emim]NTf2等室溫離子液體的電化學視窗，其電化學視窗分別為2.8V、3V、4.5V、4V和4.2V。（2）研究了TiO2在離子液體中的電化學還原性能，發現上述離子液體的電化學視窗寬度不能滿足TiO2電解還原的要求。（3）基於熱力學分析，繪製了Ti-Fe-N-C-O體系的熱力學優勢區圖。發現該體系可能存在的物相包括：TiO2、Ti9O17、Ti4O7、Ti3O5、TiCyO1-y、TiNxC1-x、TiNxCyO1-x-y、TiC、TiN、 FeO、Fe，其中TiN+Fe的穩定區較大。採用微波煅燒法在N2氣氛下將FeTiO3/C混合物轉化成了TiN+Fe，經鹽酸除鐵，製備出了TiN粉體。（4）採用CaCl2、CaCl2-NaCl、CaCl2-NaCl-CaO等熔鹽作為電解質，以石墨為陽極，以鈦鐵礦、高鈦渣/石墨、高鈦渣/SiO2為陰極，在溫度700℃～900℃、槽電壓3.2V～4.4V、電解時間10h～24h的條件下，分別電解還原出了多孔的FeTi、TiC和Ti5Si3粉體材料。（5）採用氯化膽鹼（ChCl）-乙二醇（EG）低共熔溶劑型低溫離子液體作為電解質，以壓片-燒結製備的多孔PbO塊體為陰極，以石墨為陽極，在低溫40℃～80℃、槽電壓2.0V～2.5V、電解時間3h～4h的條件下，通過原位電化學還原的方法製備得到金屬泡沫鉛，提出了PbO在低溫離子液體中原位還原和間接還原的反應機理。 採用氯化物熔鹽電解還原鈦鐵礦、高鈦渣/石墨、高鈦渣/SiO2分別製備FeTi、TiC和Ti5Si3粉體材料，最佳化了鈦鐵礦資源利用的產品結構，為鈦鐵礦資源的高效利用開闢了一條新的途徑，具有較好的套用前景；將離子液體作為電解質用於PbO等金屬氧化物的電解還原，可以實現氧化物的低溫還原，對於探索金屬氧化物低溫還原的新技術具有重要的科學意義和潛在的套用價值。
