月球上具有豐富的能源和礦產(chǎn)資源,利用月球上的資源原位制備金屬和氧氣,可實(shí)現(xiàn)低成本月表活動(dòng)。月壤含鈦鐵礦、鈣長(zhǎng)石等混合氧化物,根據(jù)其成分特點(diǎn),基于熔鹽介質(zhì)中鋁熱還原-惰性陽(yáng)極電解法的思路,研究從鈦鐵礦和月壤仿真樣MLS-1中提取金屬和氧氣的探索性研究。采用等溫飽和法研究了 TiO2和FeTiO3在51.22mass%NaF-48.78mass%AlF3熔鹽中的溶解行為。結(jié)果表明,980℃下Ti02經(jīng)過(guò)90min達(dá)到溶解平衡,此時(shí)熔鹽中TiO2的含量為3.2mass%;在980℃下FeTi03經(jīng)過(guò)120min達(dá)到溶解平衡,熔鹽中FeTi03的含量為3.7mass%。熔鹽中溶解的Ti(Ⅳ)均以鈦氧氟絡(luò)離子的形式存在,而Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)均以鐵氟化合物的形式存在。熱力學(xué)計(jì)算表明,室溫至1500℃范圍內(nèi),鋁熱還原鈦鐵礦的相關(guān)反應(yīng)在熱力學(xué)上可以自發(fā)進(jìn)行。DSC分析結(jié)果表明,鋁熱還原鈦鐵礦在951℃左右進(jìn)行,反應(yīng)的表觀活化能Ea=9164.23J/mol,反應(yīng)級(jí)數(shù)n=0.11。在 980℃ 的 48.66mass%NaF-46.34mass%AlF3-5.00mass%FeTiO3 熔鹽介質(zhì)中進(jìn)行鋁熱還原,研究還原劑用量和還原時(shí)間對(duì)合金產(chǎn)物的影響。還原產(chǎn)物經(jīng)XRF、XRD、SEM和EDS分析結(jié)果表明,合金產(chǎn)物中有Al、Ti、Fe和少量Si,產(chǎn)物的主要物相是Al3Ti。隨著鋁用量的增加,合金產(chǎn)物中Ti的含量逐漸減少,而Fe的含量逐漸增加;產(chǎn)物中鈦的含量隨還原時(shí)間的增加而增大。在冰晶石熔鹽體系中進(jìn)行鋁熱還原2h、還原劑用量為理論用量3倍時(shí),鋁中鈦含量最高可達(dá)18.82mass%。采用杯狀陽(yáng)極電解鋁熱還原熔鹽介質(zhì),陰極產(chǎn)物含有90.72mass%Al、6.79mass%Fe、1.31mass%Ti、0.97mass%Si 和 0.21mass%Ni;陽(yáng)極產(chǎn)物氧氣純度達(dá)到 98.87%。在 980℃ 的 50.2mass%NaF-47.8mass%AlF3-2.0mass%FeTiO3 熔鹽體系中,直接電解鈦鐵礦,陰極產(chǎn)物含有 62.18～74.96mass%Al、19.02～29.51mass%Fe、4.14～5.44mass%Ti、0.36～0.96mass%Ni,產(chǎn)物物相主要為鋁、A13Fe相和A13Ti相,微觀形貌分析表明產(chǎn)物中主要有鋁基體、塊狀A(yù)13Fe相和長(zhǎng)條狀A(yù)13Ti相,陰極表觀電流效率為40.12%～45.63%;陽(yáng)極產(chǎn)物氧氣純度超過(guò)97%,陽(yáng)極電流效率為71.62%-80.47%,電流效率隨著電流密度的增加而逐漸增大。Fe0.58-Ni0.42合金陽(yáng)極在電解時(shí),陽(yáng)極表面形成一層致密而完整的氧化物層,與陽(yáng)極基體結(jié)合良好,氧化層厚度約為200μm,陽(yáng)極呈現(xiàn)良好的“惰性”。在 980℃ 的 48.66mass%NaF-46.34mass%AlF3-5mass%MLS-1熔鹽介質(zhì)中通過(guò)鋁熱還原-惰性陽(yáng)極電解的方法制得鋁硅合金和氧氣。金屬Si、Fe和Ti的總回收率分別為95.34%,89.94%和86.83%,電解產(chǎn)物氧氣純度達(dá)99.02%。
【學(xué)位單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：P184;TF111.522;TQ116.14
【部分圖文】：

熔渣電解是在１６００°Ｃ左右的溫度下，電解槽內(nèi)熔融狀態(tài)的月壤熔體中含有可以自由??移動(dòng)的陰陽(yáng)離子，通電時(shí)金屬陽(yáng)離子在陰極放電析出金屬或合金，含氧陰離子在陽(yáng)極放??電析出氧氣。電解裝置如圖１．２所示。??ＦＥＨ５ＳＴ０ＣＫ??牟斤」??？?Ｊ?ｉ?ＮＵＣＬＥＡＲ??＇ｅｙ?Ｐｙ／ｙ?＞ｙｙ／／，??｜?？?ＨＥＡＴＥＲ???ＬＬＯＸ??圖１．２熔漁電解月壤裝置圖Ｍ??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｄｅｐｉｃｔｉｎｇ?ｔｈｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ?ｏｆ?ｍｏｌｔｅｎ?ｌｕｎａｒ?ｒｅｇｏｌｉｔｈ??Ｓａｄｏｗａｙ［４９］提出通過(guò)培融氧化物電解技術(shù)（ｍｏｌｔｅｎ?ｏｘｉｄｅｓ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ）從月壤中原??位提取金屬和氧氣。作者選取仿真月壤ＪＳＣ－ｌａ和混合氧化物??（Ｍｇ０－Ｃａ〇－Ｓｉ０２－Ａｌ２０３－Ｆｅ０）為原料，陽(yáng)極材質(zhì)為Ｉｒ，分別在１５７５°Ｃ下電解，制得金??屬鐵和氧氣。陽(yáng)極電流效率６０％以上。循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電解質(zhì)體系中優(yōu)先沉積??出金屬鐵。該方法的最大缺點(diǎn)是電極材料壽命短，陽(yáng)極材質(zhì)為價(jià)格昂貴的金屬Ｉｒ。??Ｈａｓｋｉｎ等Ｍｌ系統(tǒng)討論了月海玄武巖、輝石、鈦鐵礦和混合礦物在熔融狀態(tài)下的電導(dǎo)??率，并分析了陰陽(yáng)極電極反應(yīng)機(jī)理，認(rèn)為陽(yáng)極優(yōu)先發(fā)生的是非橋Ｓｉ－Ｏ絡(luò)合離子放電析??出氧氣的反應(yīng)，陰極發(fā)生的是析出鐵和硅的反應(yīng)。惰性陽(yáng)極材質(zhì)選用鉑，隨陽(yáng)極面積的??增大、電解質(zhì)中Ｆｅ（ＩＩ）含量的降低，電流效率和能耗趨于最優(yōu)。當(dāng)消耗總能量１３ＭＷ／（；ｐｅｒ??２４ｈ）時(shí)

９－ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ?ｖａｃｕｕｍ?ｇａｕｇｅ；?１０－ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｃｏｎｔａｉｎｅｒ；?１１－ｃｏｌｄ?ｗｅｌｌｓ；?１２－ＤＭ４?ｖａｃｕｕｍ?ｐｕｍｐ??Ｆｉｇ．２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｖｉｅｗ?ｏｆ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ａｐｐａｒａｔｕｓ??實(shí)驗(yàn)所用Ａ１Ｆ３通過(guò)真空升華法ｍ制備，設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖２．１所示。將分析純的??－１８?－??

碎篩分至２００目以下，放入手套箱保存?zhèn)溆谩??２．１．２實(shí)驗(yàn)裝置??溶解度的實(shí)驗(yàn)裝置如圖２．２所示。采用高純石墨坩堝盛裝待測(cè)熔鹽，坩堝上部蓋上??石墨蓋以減少熔體揮發(fā)帶來(lái)的測(cè)量誤差。與攪拌器相連的石墨漿攪拌熔體，攪拌速度為??１２０轉(zhuǎn)／分鐘。采用Ｃ１ＣＷ－３１００型控溫儀通過(guò)Ｓ型熱電偶對(duì)高溫爐進(jìn)行控溫，控溫誤差??為土２°Ｃ，并用Ｋ型熱電偶動(dòng)態(tài)測(cè)量熔鹽的實(shí)際溫度。??－?－；?＜攪拌器??保護(hù)氣導(dǎo)管??１?咖??爾陶?Ｋ釀電偶??Ｂ’?…?欄導(dǎo)桿??：ｓｒ??圖２．２溶解度實(shí)驗(yàn)裝置圖??Ｆｉｇ．２．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?Ｉ＇ｉ〇２?ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｉｎｓｔａｌｌｉｎｇ??２．１．３結(jié)果與討論??２．１．３．１?Ｔｉ０２的溶解度??５１．２２ｍａｓｓ°／〇ＮａＦ－４８．７８ｍａｓｓ％ＡｌＦ３熔鹽中ＴｉＣｈ的濃度隨時(shí)間的關(guān)系如圖２．３所示。??－１９－??
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;我國(guó)鈦鐵礦資源主要分布南方[J];稀有金屬快報(bào);1999年07期

2 楊佳,李奎,湯愛(ài)濤,潘復(fù)生;鈦鐵礦資源綜合利用現(xiàn)狀與發(fā)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2003年08期

3 王德蔭;鉛鈾鈦鐵礦——鈰鈾鈦鐵礦的一個(gè)新變種[J];科學(xué)通報(bào);1981年10期

4 G.P.Barsanov,李世明 ,王寒竹;金伯利巖中鈦鐵礦的標(biāo)型[J];地質(zhì)科技情報(bào);1985年02期

5 龐衍軍;農(nóng)華瓊;;廣西欽州犀牛腳沿岸鈦鐵礦及其經(jīng)濟(jì)意義[J];廣西科學(xué)院學(xué)報(bào);1986年02期

6 楊義昌;鈰鈾鈦鐵礦的分離[J];地質(zhì)地球化學(xué);1982年06期

7 郜兆典;潘貝紅;劉炳勝;張?zhí)K華;;對(duì)桂東南鈦鐵礦床共生稀土資源開發(fā)利用的建議[J];南方國(guó)土資源;2013年03期

8 任啟江,J.M.Guilbert,雷秉舜,徐兆文,丘檢生;中—酸性侵入巖中鈦鐵礦的錳含量及其巖石成因意義[J];巖石礦物學(xué)雜志;1987年03期

9 溫濤,蔣奇亮;廣西某風(fēng)化殼型鈦鐵礦堿法強(qiáng)化精選除磷試驗(yàn)研究[J];廣西地質(zhì);1992年04期

10 陳代榮,劉萍,李博,孟祥建,孫思修;由鈦鐵礦制備高純度鹽酸鈦液[J];山東大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1996年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前6條

1 范桂俠;鈦鐵礦絮團(tuán)浮選的界面調(diào)控研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2015年

2 茍海鵬;攀枝花鈦鐵礦碳熱還原過(guò)程中碳化鈦、碳氮化鈦生成機(jī)理及其復(fù)合材料研究[D];北京科技大學(xué);2017年

3 鄧陳雄;基于礦物交互影響的低品位鈦鐵礦浮選分離基礎(chǔ)研究[D];東北大學(xué);2015年

4 朱陽(yáng)戈;微細(xì)粒鈦鐵礦浮選理論與技術(shù)研究[D];中南大學(xué);2012年

5 肖瑋;基于富氫氣體直接還原鈦鐵礦制備富鈦料及鈦合金的新工藝研究[D];上海大學(xué);2014年

6 湯愛(ài)濤;用鈦鐵礦制備基Ti（C，N）復(fù)合材料的組織控制和工藝優(yōu)化[D];重慶大學(xué);2004年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王墨;國(guó)外某鈦鐵礦精選試驗(yàn)研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

2 齊燦燦;氯化物熔鹽體系電解還原鈦鐵礦的研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

3 李康康;難選鈦鐵礦浮選試驗(yàn)研究及機(jī)理初探[D];昆明理工大學(xué);2015年

4 殷琳琳;鈦鐵礦海濱砂礦重磁浮聯(lián)合分選技術(shù)研究[D];東北大學(xué);2014年

5 申帥平;微細(xì)粒級(jí)鈦鐵礦分選特性研究[D];東北大學(xué);2014年

6 王雷;鹽酸加鹽浸出攀西鈦鐵礦的研究[D];北京有色金屬研究總院;2016年

7 劉偉軍;紅格礦區(qū)鈦鐵礦與含硅脈石礦物浮選分離機(jī)理與工藝研究[D];西南科技大學(xué);2016年

8 劉銘;新型捕收劑對(duì)微細(xì)粒級(jí)鈦鐵礦的浮游行為及作用機(jī)理研究[D];長(zhǎng)沙礦冶研究院;2017年

9 謝開鈺;鈦鐵礦及月壤仿真樣提取金屬及制備氧氣[D];東北大學(xué);2016年

10 馬曉雯;強(qiáng)化還原鈦鐵礦銹蝕法鈦鐵分離的基礎(chǔ)研究[D];中南大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2881575