电解温度对Nb2O5电脱氧影响.pdfVIP

电解温度对Nb20。电脱氧的影响 王兴庆，谢大海，陈伟 (上海大学材料科学和工程学院，上海200072) 摘要：本文以NbzO。粉末烧结片为阴极，以石墨坩埚为阳极，在CaCl。-NaCl熔盐电解质中对Nb。魄 阴极进行电脱氧，制取金属铌。研究了№。05粉末烧结阴极的制取以及在熔盐电解质中电脱氧Nb。0； 的工艺。研究结果表明，在熔盐电解质中电脱氧是通过，熔盐电解质渗透到阴极片孔隙中，在氧 化铌颗粒表面与氧化铌发生反应，首先生成CaNb206钙酸铌，然后氧被电离，并在石墨阳极坩埚 上析出。研究表明电脱氧速度和电脱氧效率与电解质与氧化铌接触面大小和电解温度有关，渗透 性好、孔隙度高即接触面大的阴极片和高的电解温度将有较高的电脱氧速度和效率。 关键词：电脱氧，氧化铌还原，金属铌制取，熔盐电解 铌是一种稀有难熔金属，被广泛地应用于现代高尖端材料，如耐热超合金钢，原子能反应堆 结构材料，航天飞行器热防护材料，超导材料等n’21。铌的超导转变温度高，铌与锡和铝形 强磁场超导材料，具有高的临界电流密度J。、临界温度T。和临界磁场I{c。能够满足大于40KA和10T 大电流、高磁场的工作要求“一1。强磁场下应力和应变关系的研究表明，Nbnl具有LLNb。Sn线 材更好的抗应力特性和类似于NbsSn的辐照敏感性，表明Nb。Al线材作为大型核聚变反应堆用磁体 材料有着很好的应用前景。 铌应用于超导材料必须要有很高的纯度。而传统工艺生产的金属铌纯度不高。如：铌氧化物 铝热或碳热还原¨棚，用铝或碳对氧化铌进行热还原而言，还原之后在产物中还含有少量的铝 和碳(铌约为95％)，还需经过电弧熔炼及电子束熔炼除去。而且还原剂铝的用量大，生产周期 长，导致了整个还原过程成本的提高。同样铌卤化物活泼金属还原法也需要消耗大量的钠、镁、 钙金属，并且存在严重的环境污染问题。传统的熔盐电解铌法是在电场的作用下，使熔融混合电 解质中的铌电离成阳离子，然后在阴极上还原获得金属铌‘8—1。这种方法虽能得到高纯铌，但 电解效率低，电解产物难于与熔盐分离。 熔盐电脱氧是一种新颖的金属氧化物电还原法，2000年由英国剑桥大学冶金学家D．J．Fray 发明，称之为FFC法，并采用此方法成功地制备了金属钛，此后又制备了金属铌‘1盯。与传统的熔 盐电解法不同，电脱氧是将金属氧化物作为阴极，在电场的作用下，阴极中的氧电离，通过熔盐 流向阳极并与阳极反应和排除，而阴极被还原成金属‘11’121。由这种方法制得的铌不会含有其他 还原剂物质，纯度比其他方法要高得多，可达到100％【半】。由于熔盐不发生电离也不参与反应， 故这种方法电化学效率高，具有节省能源的优势，故引起了电化学冶金领域的高度重视，不少的 研究者已经开展了一系列的研究工作n1’12—3J钉。电脱氧法是一种新的熔盐电解还原制取金属的 方法，目前该方法尚不成熟，仍有许多问题需要研究，如作为阴极的氧化物组成、显微组织、粉 末颗粒大小以及孔隙的含量大小和形态分布，熔盐的组成和电脱氧的电化学条件，以及电脱氧的 过程和机理等。本文拟采用电脱氧法制备金属铌，研究FFC法制备铌的电化学条件，重点研究电 解温度对电脱氧效串及过程的影响． 1实验 氧化毫皑阴撮片采用慨粉末压制和烧结的方法制墩。粉末原料为纯度为9990*Nb：‰h海森 蹦精细化工有限公司生产。电脱氧的电化学条件是．以caclfNacl为熔盐电解质．烧结后的Nbn 片为阴极，石墨坩锚为阳扳。电化学过程是在Ar气保护下进行。电解温度分别为800℃，g00℃， z NaCI熔盐的分解电压之间。 1000℃。工作电压选择为1l，即位_：阴极Nb缺的分解电压与cacl 采用油脂封孔和排水法测定烧结试样的密度，并用扫捕电镜观察烧鲇试样的显微结构．xRD 法测定电脱氧后试样的相结构。 2结寨与讨论 2 l烧结氧化铌聃极片的密度和显微结构 氧化铭粉末采用钢模压制成片状试样，然后进行烧结。闻考虑到阴极片承受连接和电解质浸 5％ l是压制密度为60 泡冲刷的强度．奉实验建择在1150C烧结104,时的试样做电斛蛮验。圈2 的氧化铌片的sEu照片和在1150C下烧