直接电脱氧法由ZrO2制备金属Zr的研究

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本论文对国内外直接电脱氧法-FFC工艺研究进展进行了介绍,特别是金属氧化物TiO2制备金属单质Zr及其合金的实验研究和应用。金属锆具有熔点高、耐蚀性好、热中子吸附截面小、机械性能优异等特点,在原子能、核电、石油化工、冶金、医疗器械等领域得到广泛应用,被誉为“21世纪最有发展前途的材料之一”。但因现有的制备方法工艺复杂、成本高、能耗大且对环境污染严重等,严重制约了其应用。因此,有必要研究一种流程短、成本低及对环境友好的制备方法,使其在更多领域得到应用。本文以FFC工艺的理论和方法为基础,研究了几个主要参数对直接电脱氧ZrO2制备金属Zr反应效果的影响,以寻求最佳的合成工艺条件;还进行了由ZrO2-Ni2O3制备ZrNi合金的研究。实验结果表明:CaCl2:NaCl系(质量7:3),粒度小于45μm的原料,16MPa压片压力,1000℃烧结温度,3.12mm厚度,800℃电解温度,12h左右电解时间是最佳合成工艺条件;尾气考察表明,电解初始有Cl2产生,但主要还是O2、CO和CO2气体;以ZrO2-Ni2O3为阴极,以石墨碳棒为阳极,在CaC12-NaCl熔盐中,800℃,3.1 V恒电压,高纯Ar气氛下电解约12h后,产物中ZrNi合金的质量含量约为78%,微区成分分析甚至可达到94.5%。该方法操作简单,产物纯度高,成本低,对环境友好。
摘要第3-4页
Abstract第4页
第一章 绪论第8-25页
    1.1 前言第8页
    1.2 国内外直接电脱氧法研究进展第8-14页
        1.2.1 FFC工艺第8-10页
        1.2.2 OS工艺第10-11页
        1.2.3 EMR/ MSE工艺第11-12页
        1.2.4 改进的FFC工艺第12页
        1.2.5 SOM工艺第12-14页
        1.2.6 ZJG工艺第14页
    1.3 锆资源及其性质第14-15页
        1.3.1 锆的发现和分布第14-15页
        1.3.2 金属锆的性质第15页
    1.4 锆及其合金的工业应用第15-17页
        1.4.1 锆的工业应用第15-17页
        1.4.2 锆合金的工业应用第17页
    1.5 当今锆及ZrNi合金的制备工艺第17-23页
        1.5.1 当今锆的制备工艺第17-23页
        1.5.2 当今ZrNi合金的制备工艺第23页
    1.6 本文研究的目的和内容第23-25页
        1.6.1 本文研究的目的第23页
        1.6.2 本文研究的内容第23-25页
第二章 实验原理分析第25-28页
    2.1 电脱氧理论第25页
    2.2 理论分析第25-26页
    2.3 动力学分析第26-28页
第三章 实验装置和实验过程第28-37页
    3.1 实验装置第28-30页
    3.2 主要试剂第30页
    3.3 工作电压的选择第30-33页
        3.3.1 熔盐理论分解电压的计算第30-31页
        3.3.2 ZrO_2和Ni_2O_3理论分解电压计算第31-32页
        3.3.3 杂质的电极电位第32-33页
    3.4 实验准备第33-34页
        3.4.1 阴极片的制备第33页
        3.4.2 熔盐的准备第33-34页
    3.5 实验操作过程第34-35页
    3.6 电脱氧产物表征方法第35-37页
        3.6.1 电脱氧产物物相、形貌及微区含量表征第35页
        3.6.2 氧化-称重法测定产物的残余氧含量第35-37页
第四章 直接电脱氧法制备金属锆的研究第37-60页
    4.1 熔盐电解质体系对电脱氧效果的影响第37-42页
        4.1.1 熔盐电解质体系第37-38页
        4.1.2 结果与讨论第38-42页
    4.2 ZrO_2颗粒度对电脱氧效果的影响第42-44页
        4.2.1 实验内容第42页
        4.2.2 结果与讨论第42-44页
    4.3 压片压力对电脱氧效果的影响第44-46页
        4.3.1 实验内容第44页
        4.3.2 结果与讨论第44-46页
    4.4 烧结温度对电脱氧效果的影响第46-51页
        4.4.1 烧结温度升温图第46页
        4.4.2 烧结温度对阴极片孔隙率的影响第46-50页
        4.4.3 烧结温度对阴极片微观结构的影响第50-51页
    4.5 阴极片厚度对电脱氧效果的影响第51-52页
        4.5.1 实验内容第51页
        4.5.2 结果与讨论第51-52页
    4.6 电解温度对电脱氧效果的影响第52-54页
        4.6.1 实验内容第52页
        4.6.2 结果与讨论第52-54页
    4.7 电解时间对电脱氧效果的影响第54-58页
        4.7.1 实验内容第54页
        4.7.2 结果与讨论第54-58页
    4.8 尾气考察第58-59页
    4.9 本章小结第59-60页
第五章 直接电脱氧法制备ZrNi合金的研究第60-65页
    5.1 实验过程第60-61页
    5.2 结果与讨论第61-64页
    5.3 本章小结第64-65页
第六章 结论与建议第65-68页
    6.1 结论第65-66页
    6.2 建议第66-68页
致谢第68-69页
参考文献第69-74页
攻读硕士期间发表的学术论文第74页
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