溶鹽電解法制備鋁鈧合金的研究.pdf

1、本文對(duì)氧化鈧在熔鹽電解質(zhì)中的溶解性能、熔鹽電解質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)，電解鋁鈧合金的平衡過(guò)程的熱力學(xué)和電化學(xué)過(guò)程進(jìn)行了研究?？疾炝藢?duì)氧化鈧在冰晶石-氧化鋁系電解質(zhì)中的溶解性能，得到氧化鈧?cè)芙舛入S分子比、溫度和氧化鋁、氟化鋰添加量的變化的關(guān)系。研究表明，降低氧化鋁濃度和升高溫度均有利于提高氧化鈧在熔鹽中的溶解度。通常情況下，分子比對(duì)氧化鈧?cè)芙舛鹊挠绊懖淮螅饕w現(xiàn)在與氧化鋁添加量的交互作用上。在現(xiàn)代電解槽的操作條件下，氧化鈧的溶解度可以達(dá)到3％

2、～5％，完全能夠滿足直接電解鋁鈧合金的需要。
　　 通過(guò)對(duì)含鈧電解質(zhì)的初晶溫度、密度、電導(dǎo)率以及熱失重率等物理化學(xué)性質(zhì)的研究，得出如下規(guī)律和結(jié)論：在電解質(zhì)中添加氧化鈧有助于降低電解溫度，從而起到節(jié)能降耗的作用；在通常鋁電解控制的氧化物添加范圍內(nèi)，氧化鈧對(duì)電解質(zhì)電導(dǎo)率和密度的影響較小，不會(huì)影響電解過(guò)程的穩(wěn)定運(yùn)行；在正常電解過(guò)程控制的過(guò)熱度下(10K～40K)，在電解質(zhì)中添加氧化鈧有助于減小電解質(zhì)的揮發(fā)損失，減少對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)氧

3、化鈧本身不會(huì)因揮發(fā)而造成損失。含鈧電解質(zhì)的初晶溫度、電導(dǎo)率、密度以及熱失重率等物理化學(xué)性質(zhì)，均可以滿足電解鋁鈧合金的工藝需要，用含鈧的電解質(zhì)進(jìn)行電解直接生產(chǎn)鋁鈧合金是可行的。
　　 采用循環(huán)伏安法、線性伏安法、計(jì)時(shí)電位法和穩(wěn)態(tài)極化法對(duì)Sc3+在冰晶石熔鹽體系中鋁電極上的電化學(xué)還原過(guò)程及氧化鈧在石墨電極上的分解電壓進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明：Sc3+在熔鹽中電解還原過(guò)程為一步獲得三個(gè)電子的簡(jiǎn)單電荷傳遞過(guò)程，其反應(yīng)既受擴(kuò)散控制，又受極化

4、控制，是混合控制過(guò)程。因此，用電解法生產(chǎn)鋁鈧合金，不會(huì)因?yàn)樯傻蛢r(jià)鈧中間產(chǎn)物，造成較多的二次反應(yīng)而使電流效率大幅降低。
　　 利用Miedema模型對(duì)鈧在鋁鈧合金中的活度系數(shù)進(jìn)行了近似計(jì)算，并結(jié)合一些基本熱力學(xué)關(guān)系式，可得到任意二元系中組元活度系數(shù)的公式。保持電解質(zhì)中的氧化鈧含量在較高水平，同時(shí)控制電解質(zhì)中的氧化鋁含量在較低水平，對(duì)電解生產(chǎn)鈧含量較高的鋁鈧合金是至關(guān)重要的。在電解條件下，鈧與鋁共同析出時(shí)在鋁液中的平衡活度最大可以

5、達(dá)到2.33％。加之鈧與鋁生成穩(wěn)定的高熔點(diǎn)化合物，使鈧在鋁中的活度系數(shù)遠(yuǎn)小于1,從而使在電解槽中直接生產(chǎn)含鈧在2％左右的鋁鈧合盒成為可能。
　　 在熱力學(xué)研究證明直接電解法生產(chǎn)鋁鈧合金可行的基礎(chǔ)上，對(duì)電解鋁鈧合金的工藝操作參數(shù)進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，電解過(guò)程中，合金中鈧含量隨電解質(zhì)中氧化鈧含量的增加和氧化鋁含量的減少而升高；并隨電解溫度、電極距離以及陰極電流密度的增加而提高。但溫度、極距和電流密度對(duì)合金含鈧量的影響不顯著。電解