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冰晶石熔盐介质中铝热还原月壤模拟样钛铁矿.PDF

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第45 卷 第5 期 稀有金属材料与工程 Vol.45, No.5 2016 年 5 月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING May 2016 冰晶石熔盐介质中铝热还原月壤模拟样钛铁矿 石忠宁,谢开钰,关苹苹,刘爱民,胡宪伟,高炳亮,王兆文 (东北大学,辽宁 沈阳 110819) 摘 要:以月球资源原位利用为目的,研究了在冰晶石熔盐介质中铝热还原钛铁矿制备铝钛铁合金。热力学计算表明, 在 960 ℃,铝热还原钛铁矿的相关反应在热力学上可以自发进行。在组成(质量分数,下同)为 47.14%NaF- 42.86%AlF - 10%FeTiO 的960 ℃冰晶石介质中进行铝热还原,研究还原剂用量和还原时间对合金产物的影响。还原产 3 3 物用XRF 、XRD 、SEM 和EDS 进行分析。结果表明,合金产物中有Al 、Ti 、Fe 和少量Si,产物的主要物相是Al Ti 。 3 随着铝用量的增加,合金产物中Ti 的含量逐渐减少,而Fe 的含量逐渐增加;随着反应时间的延长,产物中Al Ti 的含 3 量增加。在冰晶石熔盐体系中进行铝热还原2 h 、还原剂用量为理论用量3 倍时,铝中钛含量最高可达 18.82%。低还原 剂用量和较长还原时间在冰晶石熔盐介质中还原钛铁矿,可实现 Ti/Fe 分离;还原反应为原子态的铝还原溶解为离子态 的Ti4+ 得到Al-Ti 合金。 关键词:铝热还原;冰晶石熔盐;钛铁矿;月球资源原位利用 中图法分类号:TF651 文献标识码:A 文章编号:1002- 185X(2016)05- 1278-06 金属钛及钛合金是一类重要的结构和功能材料, 钛资源储量为 1.5985 ×108 t ,世界钛矿储量为 6.92 × 具有比强度高、密度小、耐蚀性好、耐热、生物相容 108 t [9] 。钛资源有限,其可持续发展面临较大压力,而 性好等优点,被广泛应用于石油化工、航空航天、生 在月球表面含有大量的钛铁矿,钛资源储量高达 1500× [1-3] 12 [10] 物医药和建筑工业等领域 。自然界产出的钛矿石, 10 t 。我国探月工程将在2017 年取样返回,2030 经选矿、富集后得到天然金红石精矿和钛铁精矿,将 年前后在月表建立基地,最终目的是开发和利用月球 钛精矿通过电弧熔炼法处理得到高钛渣,再将金红石 资源[11,12] 。然而在月球活动所需要的氧气和铝、硅、 精矿和高钛渣通过流态化氯化法制取粗四氯化钛,将 钛和铁等原料如果从地球上输送,运输成本过高,难 [4] 粗四氯化钛精制后通过 Kroll 法 得到金属钛(海绵 以实现。因此,利用月球资源原位制备金属和氧气将 钛)。该工艺流程较长、能耗高,导致金属钛的生产成 具有重要的理论和应用价值[13- 15] 。
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