电脱氧法由Nb_2O_5直接制备金属铌VIP专享VIP免费

第15卷第4期Vol.15No.4中国有色金属学报TheChineseJournalofNonferrousMetals2005年4月Apr.2005文章编号:10040609(2005)04054105电脱氧法由Nb2O5直接制备金属铌①邓丽琴,许茜,李兵,翟玉春,黄振奇(东北大学材料与冶金学院,沈阳110004)摘要:采用熔盐电脱氧法,在800℃混合熔盐CaCl22NaCl中以烧结的Nb2O5为阴极,石墨坩锅为阳极制备了金属铌。研究了不同温度下烧结阴极形貌及其对电脱氧反应的影响,并考查了电解时间对阴极产物中氧含量的影响。结果表明:1200℃下烧结12h的阴极片具有良好的电化学反应性能;电脱氧过程中阴极片的脱氧速度不均匀;Nb2O5电极的还原由外向内,由高价向低价分步进行;阴极的孔隙大小和颗粒尺寸会影响电极反应的速度。关键词:电脱氧;熔盐;五氧化二铌;铌;电化学中图分类号:TG14614;TF111152文献标识码:APreparationofniobiumbydirectelectrochemicalreductionofsolidNb2O5DENGLi2qin,XUQian,LIBing,ZHAIYu2chun,HUANGZhen2qi(SchoolofMaterialsandMetallurgy,NortheasternUniversity,Shenyang110004,China)Abstract:Themethodofelectro2deoxidationwasusedtoreducesolidNb2O5toniobiuminaCaCl22NaClmeltat800℃.ThesinteredNb2O5pelletsactedasthecathode,whilegraphitecrucibleastheanode.Itwasinvestigatedthatthesinteringtemperatureoftheoxidecathodeandthedurationofelectrolysisaffectedthepurityoftheprod2ucts.Theresultsshowthattheelectrochemicalactivationofthecathodecanbeenhancedafterbeingsinteredat1200℃for12h.Therateofelectro2deoxidationforNb2O5isvariedduringelectrolysis,andtherateatthebegin2ningofelectrolysisismuchlargerthanthatapproachingtheend.TheelectrochemicaldeoxidationofNb2O5inthemoltensaltisconductedstepbystepfromoutsideofcathodepelletstoinside.Thespeedofelectrodereactionisaf2fectedbythesizesofholeandgrainofcathode.Keywords:eletro2deoxidation;moltensalt;Nb2O5;niobium;electrochemistry金属铌具有熔点高、耐蚀性好、热中子俘获截面小、导热导电性能好等特性,在航空航天、超导等领域得到了广泛的应用[13]。目前工业生产金属铌主要采用碳热还原Nb2O5工艺和钠还原K2NbF7工艺[4,5],而熔盐电解法也逐渐受到重视[68]。现有的铌制备方法普遍存在工艺复杂、成本高、能耗大以及环境污染严重等问题,造成了铌及铌合金的价格较高,使其应用受到限制。因此,有必要研究一种工艺流程短、成本低及对环境友好的金属铌的制备方法,使铌在更多的领域得到应用。2000年,英国剑桥大学冶金材料化学系的Fray等发明了一种新颖的由金属氧化物直接制备金属的方法,即熔盐电脱氧法(FFC),此方法具有流程短、环境友好等特点。国内外许多研究者利用该方法制备出了海绵态金属铌和钛[9,10],但是仅证实了此方法的可行性,而FFC法制备金属铌的适宜条件迄今未见有报道。本文作者采用FFC方法制备金属铌,研究了①基金项目:国家自然科学基金资助项目(50374030)收稿日期:20041009;修订日期:20050103作者简介:邓丽琴(1978),女,博士研究生.通讯作者:许茜,教授;电话:02483687731;E2mail:qianxu201@mail.neu.edu.cnNb2O5阴极片烧结温度和电解时间对其形貌和结构的影响,以及对电化学反应行为的影响。确定了以Nb2O5为原料,采用FFC法制备金属铌的适宜工艺条件。1实验1.1实验原理熔盐电脱氧法制备金属铌是将阴极Nb2O5烧结片中的氧用电化学方法除去,这种方法以阴极电脱氧理论为基础[11]。在800℃下,纯NaCl和纯CaCl2的理论分解电压分别为3123V和3133V,而Nb氧化物的最高分解电压为1162V。因此,工作电压选择在阴极Nb2O5的分解电压与CaCl22NaCl熔盐的分解电压之间时,阴极发生的反应为阴极氧化物中的氧电离形成氧离子,溶解在熔盐中[12];阳极发生的反应为O2-失去电子,并且与碳反应生成CO或CO2[13]。1.2实验方法采用纯度为99199%Nb2O5粉末为原料,经过压片和不同温度的烧结后得到质量为1g左右的Nb2O5片体,烧结温度分别为900、1200和1400℃。电解温度为800℃,以熔盐CaCl22NaCl为电解质,烧结后的Nb2O5片为阴极,石墨坩锅为阳极。实验时将悬挂在电极引线上的Nb2O5烧结片插...