熔盐电解制备难熔金属的回顾与展望
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科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·82·2020年第04期文章编号:2095-6835(2020)04-0082-02熔盐电化学制备金属及合金研究概况周忠仁(昆明理工大学冶金与能源工程学院,云南昆明650093)摘要:熔融盐具有电化学窗口宽、离子和电子传导性好的特点,作为电解质广泛应用于电化学提取金属。
熔盐电化学经过上百年的发展,已经从传统的选择性溶解金属离子并电沉积制备金属,发展成为现阶段直接从固态金属氧化物原位电解脱氧获得单质的方式。
分析了熔盐电化学的发展历程,并对近期热门的熔盐电化学改进工艺进行了综述。
关键词:熔盐电化学;金属氧化物;金属单质;碳酸盐中图分类号:TG146.4+14文献标识码:A DOI:10.15913/ki.kjycx.2020.04.032熔融盐是指由碱土金属与卤化物、硅酸盐、碳酸盐、磷酸盐等构成的液态离子型熔体,广泛应用于电解过程中的电解质以及核工业燃料溶剂领域。
熔融盐具有高温特性,具有离子导电性优良、电化学窗口宽、电极反应动力学速度快等特点,是电化学冶金理想的电解质[1]。
本文主要介绍了采用熔融盐作为电解质,在电场力作用下进行冶炼金属及合金的发展历程和应用。
1熔盐电解法的发展历史“传统”熔盐电解以电解生产铝最具代表性,冶炼本质是将氧化铝溶解于熔盐体系,比如在Na3AlF6-Al2O3二元系和Na3AlF6-AlF3-Al2O3三元系中,在通电情况下直接获得金属铝。
研究人员希望通过找到类似冰晶石的溶剂来获得难熔金属,但到目前为止并未找到溶解剂,加之金属熔点普遍较高,导致冶炼温度极高,增加了冶炼成本。
为了解决“传统”熔盐电解面临的难题,近20年来,研究者们在探索熔盐电解新方法方面进行了大量的工作,其中典型的新方法包括FFC剑桥工艺、固体透氧膜SOM工艺、电子媒介反应法(EMR/MSE)等,这些新的方法丰富了熔盐电解法的内涵,使得冶炼难熔金属及复杂矿物得到迅速发展。
熔盐电解铝的生产及其环境影响调查研究铝是一种非常重要的金属,在现代工业和生活中有着广泛的应用。
由于其低密度、高强度、导电导热性能好等特点,铝制品被广泛应用于航空、汽车、电子、建筑等领域。
而熔盐电解铝被广泛应用于铝制品的生产。
熔盐电解铝是将氧化铝还原为金属铝的一种主要方法。
这种方法是利用高温下的电解质来使氧化铝分解成金属铝和氧气,金属铝被沉积在电解池底部,从而实现铝的生产。
熔盐电解铝的原材料是氧化铝,其主要来源是泥土中的矿石、矾土和硅铝矿。
在生产过程中,需要大量的电能和化学品,如氟化物、碳、氧气等。
整个生产过程需要高温和高压的条件,且需要连续不断地加入原材料和化学品。
在熔盐电解铝生产过程中,有很多环境问题需要注意。
其中最主要的问题是废气和废水的排放。
废气主要包括氟化氢、二氧化碳等,这些物质可能对周围环境和人体健康产生不良影响。
废水中含有氧化铝、氟化物、碳酸等化学品,如果不经过处理直接排放到环境中,会对生态环境和水质产生影响。
为了降低熔盐电解铝的环境影响,许多企业采取了各种措施。
其中最常采取的方法是对废气进行处理,在净化后再排放。
常见的废气处理方法有干法法、湿法法、进口制备法等。
而对废水进行处理,可以采用生物处理、化学处理、物理处理等方式,将其中的有害物质去除后再排放。
此外,为了降低熔盐电解铝的环境影响,同时提高资源利用率,许多企业也在积极开展熔盐电解铝的废弃物的回收利用工作。
例如,将废铝料、氧化铝等再利用,可以帮助企业节约更多的成本,同时也有助于保护环境。
总的来看,熔盐电解铝在现代工业生产中扮演着极其重要的角色。
虽然对环境产生的负面影响不可忽略,但只要企业采取了合适的措施,完全有可能在保证生产效益的同时保护环境,实现可持续发展。
3国家自然科学基金项目(50374030) 胡小锋:男,1982年生,硕士研究生 许茜:联系人 Tel :024********* E 2mail :qianxu201@熔盐电脱氧法制备金属Ti 的最新研究进展3胡小锋,许 茜,李海滨,马青梅,任东琦(东北大学材料与冶金学院,沈阳110004) 摘要 介绍了熔盐电脱氧法制备金属Ti 的基本原理,分析了熔盐电脱氧法(FFC 法)的优点,并指出了目前该方法遇到的主要问题,评述了FFC 法目前发展的动态,简要介绍了利用FFC 法制备其它金属或合金的情况,并综述了该方法将来的发展前景。
关键词 Ti 熔盐 电脱氧 FFC 法 合金N e w Development of the FFC C ambridge Process for Preparation of TitaniumHU Xiaofeng ,XU Qian ,L I Haibin ,MA Qingmei ,R EN Dongqi(School of Materials and Metallurgy ,Northeastern University ,Shenyang 110004)Abstract The principle of electro 2deoxidation in molten salts is introduced briefly ,which called FFC cam 2bridge process.The advantages and disadvantages of the method are both discussed in detail ,and the new progress on preparation of other metals and alloys by this process is overviewed.At last ,the outlook of the process is presented.K ey w ords Ti ,molten salt ,electro 2deoxidization ,FFC cambridge process ,alloys0 引言自从20世纪40年代Kroll 成功开发熔炼金属Ti 以来,人们一直想尝试用电解法生产金属Ti 。
熔盐电化学的新进展全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:熔盐电化学是一种在高温熔融的盐溶液中进行的电化学反应研究领域。
熔盐电化学在能源转换、环境保护、材料合成等领域有着广泛的应用。
最近几年,随着材料科学的发展和技术的进步,熔盐电化学领域取得了新的突破和进展。
一、熔盐电解技术熔盐电解是熔盐电化学中的一种重要应用。
通过在熔融的盐溶液中施加电压,使盐溶液中的离子发生氧化还原反应,从而实现对金属、非金属等物质的电解和分离。
近年来,熔盐电解技术在金属冶炼、废水处理、能源储存等方面得到了广泛应用。
二、熔盐反应堆技术熔盐反应堆是利用熔融的盐溶液作为工质,进行核反应的新型反应堆。
与传统的水冷堆相比,熔盐反应堆具有更高的安全性和更高的热效率。
熔盐反应堆技术在核能领域的应用前景广阔,为人类提供清洁、高效、可持续的能源解决方案。
熔盐储能技术是利用熔融的盐溶液作为储能介质,将电能转化为热能存储,并在需要时再将热能转化为电能释放。
熔盐储能技术是一种高效能量储存方式,具有循环稳定性好、储能效率高等优点,对于提升大规模能源系统的稳定性和可持续性具有重要意义。
四、熔盐电化学材料熔盐电化学领域在新材料、新技术、新应用等方面都有着重要的进展和突破。
随着科学技术的不断发展和深入研究,熔盐电化学将为人类社会的可持续发展和环境保护作出更加重要的贡献。
希望未来熔盐电化学领域能够不断创新,为人类社会的繁荣和进步贡献更大的力量。
【本文长度1633字】。
第二篇示例:熔盐电化学是一种在高温的熔盐中进行电化学反应的技术,近年来在能源领域取得了一些新的进展。
熔盐电解是利用熔盐作为电解质,将熔盐中的离子进行还原或氧化反应,从而实现电能的转化和储存。
熔盐电池则是将熔融盐用作电解质或携带媒介,实现电化学反应产生电能。
该技术在能源储存、电化学合成和电化学传感等领域具有广泛的应用前景。
在熔盐电化学领域,近年来取得了一些新的进展。
熔盐电解技术在能源储存领域表现出色。
中国稀土熔盐电解工艺技术发展展望任永红1 我国稀土熔盐电解技术发展历程熔盐电解法是制备稀土金属及其合金的重要方法之一。
1875年,首先由希尔德布兰德(Hille-brand)和诺顿(Norton)利用氯化物电解工艺制备得到了金属镧、金属铈及镨钕合金。
我国稀土熔盐电解工艺技术研究始于20世纪50年代,1956年中国科学院长春应用化学研究所开始探索研究稀土氯化物电解工艺技术,并成功制备了金属镧、金属铈和金属钕。
1965年上海跃龙化工厂在氯化物熔盐体系中相继实现了800A、3KA规模电解槽的工业化生产,该电解工艺主要产品是混合稀土金属,主要应用于发火材料,同时也可以制备熔点较低的单一稀土金属镧、铈、镨等。
当时氯化物熔盐电解体系的电解槽为上插阴极结构,由钼棒(条)作为阴极,电解槽内衬为石墨整体坩埚并兼作为阳极,坩埚底部的瓷碗作为金属接收器。
槽型结构示意图见图1。
图1 整体型氯化物体系电解槽1.钼阴极;2. 石墨坩埚;3. 瓷碗接收器;4.液态金属;5. 阳极母线;6. 电解质液面;7.铁外壳氯化稀土电解槽是一个敞开式的槽型结构,每两炉更换一次瓷碗,每10天左右停炉更换整体石墨坩埚。
该工艺最大优势是电解原料成本低,将稀土氯化物结晶料直接入炉。
缺点也很明显,氯化物挥发物及尾气氯气无收集装置,无组织排放严重,操作环境恶劣。
半连续操作使电解过程波动很大,电流、温度的不稳定造成电流效率只有60%左右,产品批量小,单炉产量为3~5kg,产品质量不稳定,工人劳动强度大。
金属镧、铈、镨、钕中金属钕的熔点最高,为1024℃。
采用氯化物电解工艺制备工艺要求操作温度高于金属熔点,该工艺用于制备金属钕会导致电解质挥发加剧,因此,用氯化物体系电解生产金属钕在成本上是不经济的。
1983年日本成功开发了NdFeB 磁体并在世界范围内迅速形成产业,每年对金属钕等熔点较高的稀土金属产品需求不断扩大,激发了氟盐体系氧化物电解技术的研发。
早在1964年,我国科研人员就借鉴铝电解工艺技术开展了氟盐体系电解氧化铈制取金属铈的实验研究。
熔盐电解制备高纯度金属的研究熔盐电解法是一种非常实用的制备高纯度金属的方法。
该方法通过在高温高氧化性的熔盐中,通过电解方式将金属从碳材料中加速脱离,然后通过多种复杂的电化学反应和杂质去除技术来制备高纯度金属。
这种制备方法在许多金属制备领域都得到了广泛的应用,如铝、铜、铁、钛、锂等。
为了不同种类的金属制备,熔盐体系也发展了很多种类和方法。
以下将从熔盐体系的选择、电化学反应以及杂质去除三个方向进行介绍。
一、熔盐体系的选择熔盐电解制备高纯度金属的熔盐体系选择非常重要。
熔盐要具有高的电导率、高的化学稳定性和高的熔点等性质。
通常,选用的熔盐体系都是由一种或多种碱性金属盐、碱性土金属盐或盐酸盐的混合物构成的。
这些盐的熔点比较低,通常在400℃左右,可以减轻高温环境对设备的损伤。
例如,在铝和锂的生产过程中,选用的熔盐通常为氯化铝和氯化锂的混合物,它们可以在700℃左右熔化。
同样,在钛金属制备过程中,常用的熔盐体系为氯化钠、氯化钙和钙氟化物的混合物,可以在900℃左右熔化。
二、电化学反应熔盐电解法是一种电化学反应过程,因此,反应条件的选择和控制对于金属制备及其纯度有着非常重要的影响。
在高温、高氧化性的熔盐环境下,金属原子在电流的作用下从阳极处被释放,并在阴极处布局。
这种复杂的电化学反应通常伴随着氧化和还原等反应。
例如,在铝的制备过程中,熔盐为氯化铝和氯化钠的混合物,铝原子从阳极处被释放,并在阴极处布局。
这个过程伴随着氧化和还原反应。
在氧化反应中,氧离子在阳极处被释放,生成气态的氧化铝。
在还原反应中,铝离子在阴极处被还原成固态的铝原子。
三、杂质去除杂质的存在往往是阻碍金属性能优化的关键原因之一。
因此,在熔盐电解制备高纯度金属的过程中,去除杂质是非常重要的一步。
在去除杂质的实践中,常用的方法是选择适当的添加剂,以及优化反应条件。
例如,在银的制备过程中,一种名为ACPCA的添加剂被广泛应用。
这种添加剂可以在高温熔盐环境下,将杂质吸附在阳极的表面,从而实现去除杂质的目的。
熔盐电解法制备al-li合金工艺研究
熔盐电解法制备alli合金是一种重要的制备方法,其中熔盐主要是溴化钠和氯化钾的混合物。
本文将介绍alli合金的制备工艺流程和关键技术点。
1. 原料准备
首先需要准备纯度高的铝和锂等金属作为合金原料。
这些金属需要进行加工,将其剪成小片或碎末,以便于在熔融过程中快速反应和电解。
另外,需要准备好熔盐、阴阳极和电解槽等设备。
2. 熔盐电解过程
将预先准备好的熔盐加热至适当温度,然后在电解槽中加入铝和锂等金属片。
在直流电的作用下,正极为铝金属,负极为锂金属。
在熔盐中,铝和锂原子在电流的作用下发生电化学反应,最终形成了alli合金。
3. 合金分离与精炼
在熔盐电解反应后,alli合金与熔盐混合物被产生。
需要将alli合金从熔盐中分离出来,然后对其进行精炼和纯化。
这个过程需要采用过滤、离心、结晶等技术,去除杂质和不纯物质,提高alli合金的纯度和性能。
4. 后处理
最后,需要对allis合金进行后处理,包括热处理、表面处理和加工等工艺。
这些工艺可以进一步调整alli合金的组织结构和物理性能,以适应不同的应用领域。
熔盐电解法制备alli合金是一种高效、低成本、环保的制备方法,在汽车、航空、电子等领域有广泛的应用前景。
需要在实践中加强合金制备过程和技术研究,推动alli合金的应用和发展。
典型难熔金属含氧酸盐熔盐电解金属的基础研究典型难熔金属含氧酸盐熔盐电解金属是一种常用的金属提取和制备方法,其基础研究对于深入理解金属的电解行为以及改进现有的金属提取工艺具有重要意义。
本文将从难熔金属含氧酸盐的性质、熔盐电解金属的机理以及基础研究的应用前景等方面进行讨论,以探究该领域的最新进展。
难熔金属含氧酸盐是指其熔点高于2000℃的金属氧化物,常见的有钛、锆、铌等金属。
这些金属的高熔点使得传统的冶炼方法难以直接提取和制备金属,而采用熔盐电解的方法可以在相对低温下实现金属的高效提取。
在此过程中,高温熔盐可以作为一种导电液体,金属离子在电场作用下在阴阳极之间迁移,通过还原反应在阴极上析出纯金属。
熔盐电解金属的机理主要包括离子迁移、自发带电迁移以及金属还原等过程。
离子迁移是指金属离子在熔盐中的传递,其速度受到离子浓度、温度以及电场强度等因素的影响。
自发带电迁移是指金属离子在电场作用下的运动,其中离子迁移速度与带电离子浓度、温度以及电场强度呈正相关关系。
金属还原是指金属离子在阴极表面获得电子而进行还原反应,最终得到纯金属。
这些基本过程相互作用,共同决定了金属的电解速度和产物纯度。
基础研究的目的是深入理解熔盐电解金属的机理和规律,以及优化电解条件,提高电解效率和产物纯度。
先进的实验技术,如电化学方法、扫描电子显微镜和能谱仪等设备,可以用来研究金属离子迁移过程的动力学特性和界面反应机制。
此外,计算模拟方法也可以预测金属离子迁移的路径和能量,为实验结果的解释提供理论依据。
基础研究的应用前景广泛,不仅可以为金属提取和制备工艺的改进提供指导,还可以为相关领域的发展做出贡献。
例如,在材料科学领域,通过熔盐电解可以制备出具有特殊性能的金属材料,如高强度钛合金、高温合金等。
此外,熔盐电解还可以用于环境保护和能源利用等方面,如高温熔盐储能、废水处理等。
综上所述,典型难熔金属含氧酸盐熔盐电解金属的基础研究是一项具有重要意义的研究领域。