低温熔盐电解制备铝及合金
FFC法是一种在氯化钙基熔盐体系中将固态金属氧化物直接电解制备固态金属或合金的方法，具有工艺简单，成本低等优点。如果采用惰性阳极则是一种绿色生产工艺。FFC法不要求固态金属氧化物溶解到熔盐中，避开了传统以氧化物为原料进行低温熔盐电解氧化物溶解度、溶解速度降低等问题。操作温度范围也可以根据需要，通过调整熔盐组成来控制。该法为低温熔盐电解制备金属提供了新思路。另外，氯化钙基氯化物熔盐的低熔点也为实现低温熔盐电解提供了条件。
本文以CaCl2-NaCl熔盐为电解质，石墨为阳极，利用FFC法，施加3.1V恒电位，低温熔盐电解固态Al2O3、Al2O3-MgO、Dy2O3-Fe、Dy2O3-Fe2O3制备出了Al及A1-Mg、DyFe2合金。采用直接阿基米德法、CVCC法结合阻抗测量技术测定了550℃～800℃，含CaCl2质量百分数为71％～87％的铝电解用熔盐电解质体系密度和电导率。结果发现，在550℃～750℃范围，含CaCl2质量百分数为71％～87％的CaCl2-NaCl-Al2O3（饱和）熔盐体系的密度随着氯化钙含量的增加而增大，但不是线性关系；氧化铝的溶解降低了熔盐体系的电导率，增加了电导活化能。在550℃～800℃范围，含CaCl2质量百分数为71％～82％的CaCl2-NaCl-Al2O3（饱和）熔盐体系中组元是离子状态，电导率与温度呈线性关系，氯化钙的增加降低了熔盐体系的电导率和电导活化能。开发出新型石墨孔腔工作电极。其可靠、有效性通过对NiO和TiO2两种具有代表性氧化物粉体循环伏安曲线和恒电位电解的检测进行了确认。应用新型石墨孔腔工作电极研究了固态Al2O3低温熔盐电解机理及阴极还原过程。研究表明Al2O3的还原机理是三价铝→铝一步完成，还原过程是部分氧化铝先电解生成金属铝和氧离子，氧离子和钙离子与未电解的氧化铝反应生成CaAl2O4和CaAl4O7，CaAl2O4和CaAl4O7进一步还原生成金属铝、CaAl4O7和Ca3Al2O6，CaAl4O7进一步还原生成金属铝和Ca3Al2O6，Ca3Al2O6最终被还原成金属铝。对固体Al2O3的烧结、电解工艺进行了研究。确定颗粒粒径φ<38μm，烧结温度1400℃，烧结时间9h为氧化铝阴极片合适的烧结工艺条件；液态铝镁合金为导电体，熔盐温度800℃，烧结氧化铝为阴极，含氯化钙质量百分数82％的熔盐为合适的电解工艺条件。对Al2O3-MgO混合粉烧结片电解制备Al-Mg合金进行了研究。确定烧结温度1300℃，烧结时间8h是合适的阴极片烧结工艺条件；研究发现Al-Mg合金制备的阴极还原过程是部分Al2O3先被还原生成铝和中间产物CaAl2O4，CaAl4O7，中间产物和MgAl2O4电解生成金属镁和铝，电解出来的金属镁与金属铝合金化形成Al-Mg合金。对Fe-Dy2O3、Fe2O3-Dy2O3混合粉烧结片电解制备DyFe2合金进行了研究。研究发现高的氯化钙含量和电解温度对合金制备有利；Fe-Dy2O3阴极片电解的阴极过程是氧化镝先电解出金属镝，金属镝扩散到铁粉中形成合金，合金化的过程是DyFes→DyFe3→DyFe2;烧结温度800℃，烧结时间4h为Fe2O3-Dy2O3阴极片的合适制备条件。DyFe2合金电解制备阴极过程是Fe2O3先电解出Fe，DyFeO3电解出Fe和Dy2O3，Dy2O3再电解出Dy原子，生成的Fe、Dy原子合金化过程是DyFe5→DyFe2。分析了阳极气体产生的顺序是先CO2后CO。
铝材冶炼;电解精炼;低温熔盐;烧结工艺
东北大学
博士
冶金物理化学
翟玉春
2009
中文
TF821;TF804.4
109
2011-05-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）