熔鹽體系中Tb(Ⅲ)的電化學(xué)行為研究及鎳鋱中間合金、鎂鋰鋱合金的制備.pdf

1、本文研究了LiCl-KCl-TbCl3熔鹽體系中稀土Tb(III)離子在惰性W電極和活性Ni電極上的電化學(xué)行為，利用陰極合金化法和共還原法在相應(yīng)的熔鹽體系中分別制備了Ni-Tb金屬間化合物和Mg-Li-Tb合金，并探討了制備合金的電化學(xué)機(jī)理，并獲得了較為理想的工藝參數(shù)。采用XRD、SEM-EDS和ICP-AES表征了所制備的Ni-Tb金屬間化合物和Mg-Li-Tb合金樣品的微觀結(jié)構(gòu)和元素組成。
　　在450-525℃的溫度范圍內(nèi)，

2、以惰性電極鎢電極為工作電極，通過(guò)循環(huán)伏安法、方波伏安法、計(jì)時(shí)電位法和開(kāi)路計(jì)時(shí)電位法等電化學(xué)技術(shù)手段研究了稀土Tb(III)離子在LiCl-KCl低共晶鹽體系中的電化學(xué)行為。根據(jù)循環(huán)伏安曲線和方波伏安曲線得到的結(jié)果可知，Tb(III)離子通過(guò)一步得到3個(gè)電子電化學(xué)還原為金屬Tb。在0.01～0.4 V·s-1的掃描速率范圍內(nèi)，根據(jù)不同溫度的循環(huán)伏安曲線可知，稀土Tb(III)離子在該體系中的電極過(guò)程受傳質(zhì)速率控制，當(dāng)掃描速率低于0.05

3、V s–1時(shí)，Tb(III)離子的還原過(guò)程是可逆的。計(jì)算在該條件下的Tb(III)離子的擴(kuò)散系數(shù)為DTb(III)=0.49×10-5cm-2·s-1。根據(jù)Tb(III)離子的擴(kuò)算系數(shù)與溫度呈良好的線性關(guān)系：logDTb(III)=-1.1917-3184/T，通過(guò)阿倫尼烏斯公式計(jì)算出在該溫度范圍內(nèi)Tb(III)離子在LiCl-KCl-TbCl3熔鹽體系中的活化能為EaTb(III)=26.48 kJ·mol-1。
　　500℃時(shí)

4、，以活性電極鎳電極為工作電極，在 LiCl-KCl-TbCl3熔鹽體系中，采用循環(huán)伏安法、方波伏安法和開(kāi)路計(jì)時(shí)電位法等電化學(xué)方法研究了Tb(III)離子的電化學(xué)行為，發(fā)現(xiàn) Tb(III)離子在活性 Ni電極上發(fā)生了欠電位沉積，形成了Ni-Tb金屬間化合物。循環(huán)伏安曲線、方波伏安曲線、開(kāi)路計(jì)時(shí)電位曲線表明在陰極電位分別為-1.27 V，-1.63 V和-1.88 V(vs Ag/AgCl)處形成了Ni-Tb金屬間化合物。在鎳電極上采用不同

5、陰極電位進(jìn)行恒電位電解得到了Ni-Tb合金。XRD、SEM和EDS圖譜的分析結(jié)果表明，Tb(III)離子在Ni電極表面發(fā)生欠電位沉積所形成的三種Ni-Tb金屬間化合物分別為Ni17Tb2、Ni5Tb和Ni2Tb。根據(jù)開(kāi)路計(jì)時(shí)電位曲線對(duì)三種 Ni-Tb金屬間化合物的熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了計(jì)算，得到了這三種Ni-Tb金屬間化合物的吉布斯生成自由能：△fexp(Ni17Tb2)G=-22.263 kJ mol-1，△fexp(Ni5Tb)G=-27

6、.667 kJ mol-1，△fexp(Ni2Tb)G=-33.000 kJ mol-1。
　　500℃時(shí)，在LiCl-KCl-TbCl3-MgCl2熔鹽體系中，以惰性電極鎢電極為工作電極，通過(guò)循環(huán)伏安法、方波伏安法和計(jì)時(shí)電位法等電化學(xué)方法研究了金屬Tb(III)離子和Mg(II)離子的電化學(xué)行為。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)陰極電流密度低于-0.50 A·cm-2或陰極電位負(fù)于-2.38 V(vs Ag/AgCl)時(shí)，Mg(III)離子、T

7、b(III)離子和Li(I)離子發(fā)生共還原，在不同條件下利用電化學(xué)共還原法電解得到了Mg-Li-Tb合金，并獲得了較為理想的工藝參數(shù)。使用XRD、SEM-EDS和ICP-AES對(duì)Mg-Li-Tb合金的結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行表征。研究了控制合金電流效率和成分的條件，通過(guò)改變電解質(zhì)溫度、陰極電流密度和MgCl2的濃度可以調(diào)節(jié)Mg-Li-Tb合金中的Mg、Li和Tb的含量。所得合金樣品進(jìn)行XRD分析表明Mg-Li-Tb合金中存在?-Mg、Mg2Tb和