Etude de l'électro-raffinage de l'oxycarbure de titane dans milieu sel fondu

Discipline

Matériaux céramiques et traitements de surface

Classification

Physique,

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Oxycarbure de titane, Frittage SPS, Electro-raffinage, Dépôt de titane métallique

Mots-clés

Oxyde de titane,

Frittage (métallurgie),

Spark plasma sintering (métallurgie),

Titane

Ce travail a pour objectif d’étudier un procédé électrolytique d’élaboration du titane métallique par électro-raffinage dans un sel fondu d’une anode en oxycarbure de titane. Ce travail comporte deux parties : la synthèse du matériau TiC0,5O0,5 et la mise au point d’un procédé électrolytique. Le matériau d’anode (oxycarbure de titane) a été synthétisé par réduction carbothermique de TiO2 à différentes températures. Les conditions optimales pour atteindre une composition pure et monophasée de TiC0,5O0,5 sont : carboréduction de TiO2 à 1500 °C pendant 4 h suivie d’un traitement de recuit identique au premier. L’élaboration du titane en milieu sel fondu est délicate en raison de l’existence de multiples degrés d’oxydation en solution (Ti4+, Ti3+, Ti2+ et Ti0), entrainant la formation de réactions de médiamutation et la chute des rendements faradiques. L’enjeu était donc d’adapter la composition saline pour stabiliser le degré d’oxydation Ti3+ . Des études de chimie analytique ont été réalisées dans deux milieux chloro-fluorés avec différents rapports F/Ti. Il a été démontré que l’utilisation d’un électrolyte avec un rapport F/Ti élevé (dans ce cas, F/Ti = 87 ; LiCl-LiF-K2TiF6) permet de maximiser la présence de Ti3+ et minimiser l’existence de Ti2+, et obtenir ainsi de meilleurs rendements faradiques. L’oxycarbure de titane a un potentiel de dissolution anodique élevé proche du potentiel du couple Ti3+/Ti4+. Il est donc important d’appliquer une faible densité de courant lors de l’électrodissolution de TiC0,5O0,5 pour éviter la formation d’ions Ti4+ et la chute des rendements faradiques. L’utilisation d’une faible densité de courant a également permis de favoriser la production de CO et de limiter celle de CO2, lors de l’électro-raffinage de TiC0,5O0,5, pour éviter la contamination en C et O du titane produit. L’évaluation de la pureté des dépôts de titane a révélé une faible teneur en carbone et une forte teneur en oxygène. Néanmoins, il a été démontré que l’oxygène présent dans les dépôts ne provient pas du matériau d’anode mais plutôt d’une contamination par les oxydes et/ou oxychlorures pouvant exister dans l’électrolyte fondu, ou de l’étape de nettoyage du dépôt à l’eau pouvant provoquer son oxydation.