周忠仁

（昆明理工大學(xué) 冶金與能源工程學(xué)院，云南 昆明650093）

新型固態(tài)化合物熔鹽電解FFC 工藝自成功從電解還原固態(tài)TiO2制備出單質(zhì)Ti 以來(lái)[1]，受到研究人員的廣泛關(guān)注。此法最初是為了除去金屬Ti 中溶解的氧，后來(lái)此法得到完善，并發(fā)展成為直接電解固態(tài)TiO2制備海綿鈦的冶金工藝。

本文對(duì)熔鹽電解金屬氧化物制備金屬及合金相關(guān)研究進(jìn)行了綜述，分析了熔鹽電解方法在高溫冶金電化學(xué)方面的應(yīng)用。

1 熔鹽電解法簡(jiǎn)介

熔鹽電解工藝又稱Fray-Farthing-Chen Cambridge Process（FFC）電解工藝。該工藝的典型創(chuàng)新是取代了傳統(tǒng)熔鹽電解采用可溶性鹽作為初始物料，采用價(jià)格低廉的固態(tài)金屬氧化物及混合物作為原料，在高溫熔鹽、通電情況下，固態(tài)金屬氧化物能實(shí)現(xiàn)原位電解還原得到單質(zhì)。從氧化物固態(tài)晶格中脫離的陽(yáng)離子擴(kuò)散至熔鹽并在陽(yáng)極放電生成氣體。

2 熔鹽電解法在提取金屬單質(zhì)方面的應(yīng)用

加拿大魁北克鈦鐵公司（Quebec Iron&Titanium Inc）以CaF2為熔鹽電解質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了金屬鈦及鈦合金錠連續(xù)生產(chǎn)。

在難熔金屬方面，MA 等人[2-3]電解不同富鈦原料制取了金屬鈦。中科院過(guò)程所劉美鳳、郭占成等人、昆明理工大學(xué)的郭勝惠等人對(duì)熔鹽電解制備海綿鈦進(jìn)行了詳細(xì)研究。王淑蘭等人通過(guò)研究直接電解還原TiO2，發(fā)現(xiàn)TiO2的還原經(jīng)歷TiO、Ti 的分步還原過(guò)程。YAN 等人電解還原Nb2O5制備得到金屬鈮。許茜等人研究了孔隙和焙燒后Ta2O5的形貌對(duì)電脫氧速度和產(chǎn)物的純度影響顯著，在還原過(guò)程中擴(kuò)散是反應(yīng)的控制性環(huán)節(jié)。王淑蘭等人[4]通過(guò)研究SiO2電脫氧反應(yīng)的交流阻抗譜發(fā)現(xiàn)，陰極電脫氧反應(yīng)速度控制步驟是電荷傳遞過(guò)程。WANG 等人[5]通過(guò)熔鹽電解Tb2O7制備得到重稀土金屬Tb。

3 熔鹽電解法在制備合金方面的應(yīng)用

日本學(xué)者PANIGRAHI 等人[6]從鈦鐵礦中直接電解還原，成功制取了FeTi、β-Ti（FeTi4）合金。JACKSON 等人[7-8]用FFC 冶煉工藝制得了NiTi、TiMo 合金。科研人員還利用熔鹽電化學(xué)還原混合氧化物的方法制備鋯基的多相儲(chǔ)氫合金ZrCr0.7Ni1.3和Zr0.5Ti0.5V0.5Cr0.2Ni1.3[9]，發(fā)現(xiàn)電解合金結(jié)節(jié)狀的多孔結(jié)構(gòu)，有利于提高合金的比表面活性，從而提高電極的儲(chǔ)氫性能。

4 熔鹽電解法在新能源方面應(yīng)用

SHI 等人[10]以低溫混鹽中制備出的鈦基中間價(jià)態(tài)氧化物為載體，搭載Pt 催化CO 和甲醇，將熔鹽電解應(yīng)用延伸至電催化領(lǐng)域。WANG 等人[11]在NaCl-KCl 混鹽中以大于90%的電流效率制得了納米金屬W，陽(yáng)極產(chǎn)物為S2，無(wú)污染氣體排除實(shí)現(xiàn)了綠色冶金，并且能耗低于1.23 kWh/kg。XIAO等人[12]以SiO2/GeO 為原料制備出了SiGe 納米復(fù)合材料，將SiGe 納米管制作成鋰離子電池負(fù)極，在200 mA/g 的放電電流密度下，循環(huán)100 圈后仍有590 mAh/g 的可逆比容量。

5 結(jié)束語(yǔ)

熔鹽電解法在直接電解金屬氧化物制備金屬方面的成功應(yīng)用表明，難熔金屬氧化物能夠通過(guò)短流程、低能耗的方式得到精煉，為制備相應(yīng)的單質(zhì)及合金提供了新思路，體現(xiàn)出了該方法的巨大優(yōu)越性。