金属铝在冰晶石体系中溶解度的研究

发布时间：2020-04-24 09:12

【摘要】：电流效率是铝电解工业的重要生产指标,造成电流效率降低的最主要原因就是阴极铝以物理或化学方式溶解到电解质中并被阳极气体氧化。因此阴极铝在电解质中的溶解一直备受关注。电解质熔体对铝的溶解能力的大小通常表征为铝在电解质中的溶解度。目前关于铝溶解度的研究较少,且尚未形成一致的结论。本文采用容量法对冰晶石熔盐中的铝溶解度进行了测量,并探索铝溶解度的影响因素及铝的溶解形式。利用微量气体测量装置研究了分子比、KF添加量和铝与电解质质量比等因素对冰晶石熔盐中铝溶解度的影响。实验表明:在980℃下,向CR=2.2～3.0 的 NaF-AlF3-5wt%CaF2-3wt%Al2O3 电解质中分别添加 0～5wt%KF,铝的溶解度都集中在0.013～0.02%附近。在相同分子比下,KF添加量的改变对铝溶解度几乎没有影响;铝的溶解度随着分子比的增加而增加,由分子比2.2时的0.014%增加到分子比4.0时的0.026%。对反应后电解质中的钠和铝中的钠进行测量发现,随着分子比的增加钠含量也相应增加,推测冰晶石熔盐中铝的溶解是以Al+4NaF=NaAlF4+3Na的反应化学置换出金属钠;在2.4NaF-AlF3-5 wt%CaF2-3 wt%Al2O3熔盐体系中,电解质与铝的质量比越小,铝的溶解度越大,达到饱和后趋于稳定。实验中应选取比例为2的体系有利于得到更精确的铝溶解度。向分子比2.4的NaF-AlF3电解质中分别添加0～7wt%Al2O3、MgF2、CaF2和LiF,探究氧化铝及添加剂对铝溶解度的影响。结果表明:氧化铝会促进铝在电解质中以分散的胶状铝的形式存在,铝的溶解度在0.0152%到0.0326%之间明显波动,测量结果重现性较差;铝的溶解度随添加MgF2和CaF2的增加呈现出下降趋势。由于溶解铝的置换作用:MgF2+2/2Al=Mg(inAl)+2/3AlF3,铝中的镁含量随着MgF2的增加而增加;添加LiF对铝的溶解度几乎没有影响。铝的溶解度在0.025%附近轻微波动,铝球中钠含量和锂含量都基本稳定。
【图文】：

坩埚,氮化硼,热解,氧化损失

密封不锈钢坩埚与法兰盘之间通过真空铜垫圈密封，通过螺栓固定，以逡逑保证实验过程中坩埚内部氩气气氛不变，避免了铝与空气接触氧化损失对实逡逑验造成影响。实验装置图如图２．３所示。逡逑－１６－逡逑

量管,储液罐,样品室,测量装置

采用容量法测得金属铝在冰晶石熔盐中的溶解度范围是０．０２％？０．１％，对逡逑应产生的氢气体积也相对较少，必须选取精确度较高的气体测量装置。本实逡逑验采用Ｒｏｇｅｒｓ等人［４（）］开发出的“测定毫克碱金属量的气体装置”，如图２．７逡逑所示。此套装置可测量毫克量级金属产生氢气的量，符合本实验要求。逡逑图中，Ａ－Ｆ为活塞，Ｇ为样品室，Ｌ储液罐中装满２．８６８ｍｏｌ／Ｌ的盐酸，逡逑Ｍ储液罐中装满去离子水。Ｈ为１０ｍｌ量管，Ｊ为２ｍｌ量管，Ｈ、Ｊ、Ｋ均封装逡逑在水套中，，并放置一个温度计实时测量水套内温度变化，水套可以保证整个逡逑反应在相同温度下进行，降低周围环境温度变化对气体体积产生的影响，提逡逑高测量结果的准确性；同时还可以放大Ｈ、Ｊ量管上的度数，方便读数。样逡逑品室Ｇ与量管Ｈ通过硅胶软管连接，样品室Ｇ内为称好的样品及搅拌转子，逡逑下方放置一个磁力搅拌机搅拌Ｉ
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF821

【参考文献】