溶鹽電解法制備鋁鈧合金的研究.pdf

1、本文對氧化鈧在熔鹽電解質(zhì)中的溶解性能、熔鹽電解質(zhì)的物理化學性質(zhì)，電解鋁鈧合金的平衡過程的熱力學和電化學過程進行了研究?？疾炝藢ρ趸傇诒?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，分子比對氧化鈧?cè)芙舛鹊挠绊懖淮?，主要體現(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到3％

2、～5％，完全能夠滿足直接電解鋁鈧合金的需要。
　　 通過對含鈧電解質(zhì)的初晶溫度、密度、電導率以及熱失重率等物理化學性質(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)，氧化鈧對電解質(zhì)電導率和密度的影響較小，不會影響電解過程的穩(wěn)定運行；在正常電解過程控制的過熱度下(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，減少對環(huán)境的污染，同時氧

3、化鈧本身不會因揮發(fā)而造成損失。含鈧電解質(zhì)的初晶溫度、電導率、密度以及熱失重率等物理化學性質(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、計時電位法和穩(wěn)態(tài)極化法對Sc3+在冰晶石熔鹽體系中鋁電極上的電化學還原過程及氧化鈧在石墨電極上的分解電壓進行研究。研究結(jié)果表明：Sc3+在熔鹽中電解還原過程為一步獲得三個電子的簡單電荷傳遞過程，其反應(yīng)既受擴散控制，又受極化

4、控制，是混合控制過程。因此，用電解法生產(chǎn)鋁鈧合金，不會因為生成低價鈧中間產(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模型對鈧在鋁鈧合金中的活度系數(shù)進行了近似計算，并結(jié)合一些基本熱力學關(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，同時控制電解質(zhì)中的氧化鋁含量在較低水平，對電解生產(chǎn)鈧含量較高的鋁鈧合金是至關(guān)重要的。在電解條件下，鈧與鋁共同析出時在鋁液中的平衡活度最大可以

5、達到2.33％。加之鈧與鋁生成穩(wěn)定的高熔點化合物，使鈧在鋁中的活度系數(shù)遠小于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。
　　 在熱力學研究證明直接電解法生產(chǎn)鋁鈧合金可行的基礎(chǔ)上，對電解鋁鈧合金的工藝操作參數(shù)進行了研究。研究結(jié)果表明，電解過程中，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、極距和電流密度對合金含鈧量的影響不顯著。電解