Zn阴极上电解提取Yb及Zn-Yb合金的制备

发布时间：2020-06-12 16:52

【摘要】：现代科技中合金在材料中占有不可或缺的地位,生活中合金处处可见,被应用于各个领域中。其中镁合金、铝合金与锌合金等更是在机械、汽车、航天和电子领域中被广泛使用。但硬度低、弹性模量低等缺点限制了镁基、铝基与锌基合金的进一步应用。稀土元素作为合金中的添加剂能够大大改善合金的性能。本文以稀土 Yb为研究对象,研究Yb(Ⅲ)离子和Zn(Ⅱ)离子在LiCl-KCl熔盐体系中,W电极上的共沉积过程以及Yb(Ⅲ)离子在液态Zn电极上的电化学行为和还原过程,并采用熔盐电解法从熔盐中提取Yb,制备Zn-Yb合金,用XRD、SEM和EDS对合金样品进行了表征及分析。1、LiCl-KCl熔盐中,W电极上,813 K下,首先利用循环伏安法和方波伏安法研究了 Yb(Ⅲ)离子的电化学行为,然后利用循环伏安、方波伏安、开路计时电位、计时电位方法研究Yb(Ⅲ)离子在LiCl-KCl-YbCl_3中,液态Zn电极上的沉积机理。在W电极上,通过计算Yb(Ⅲ)离子的转移电子数得知,Yb(Ⅲ)离子还原为金属Yb经过两步电子转移,但由于Yb(Ⅱ)→Yb(0)的还原电位在Li(Ⅰ)离子之后,无法在电势窗口内观察到,所以在LiCl-KCl熔盐中,本论文只计算了 Yb(Ⅲ)→Yb(Ⅱ)过程的有关数据。Yb(Ⅲ)离子还原为Yb(Ⅱ)离子为可逆反应,并且受扩散控制,Yb(Ⅲ)离子的扩散系数为1.12×10-5cm2·s-1。利用循环伏安曲线计算了 YbCl_3的吉布斯自由能及活度系数。在液态Zn电极上,当电极电位为-1.72 V和-1.90 V时,对应两种合金的析出。Yb(Ⅲ)离子在液态Zn上发生欠电位沉积,获得了两种金属间化合物。恒电流电解3 h得到球状Zn-Yb合金,并利用XRD、SEM和EDS分析合金的形貌和组成。2、采用循环伏安、方波伏安等电化学研究方法研究Zn(Ⅱ)离子和Yb(Ⅲ)离子在LiCl-KCl熔盐体系中的电化学行为。通过与相图的对比,得到相图中所有金属间化合物的析出电位。通过恒电位电解法,使Zn(Ⅱ)离子和Yb(Ⅲ)离子共电沉积提取Yb,并计算了提取效率为99.49%。利用恒电流电解法在LiCl-KCl-ZnCl_2-YbCl_3熔盐体系中制备了 YbZn_2、YbZn_(11)和Yb_3Zn_(11)合金并利用XRD、SEM和EDS对合金进行分析。3、在813 K下,LiCl-KCl-ZnCl_2熔盐中,通过不同电化学测试方法研究Yb_2O_3的电化学行为,实验表明:Yb_2O_3在LiCl-KCl-ZnCl_2熔盐中的溶解度不高,所形成的合金峰很弱,这也证明了ZnCl_2对Yb_2O_3的氯化效果很微弱。再利用XRD、SEM和EDS分析恒电流电解法得到的Zn-Yb合金,分析结果也表明合金中的元素Yb含量很少。
【图文】：

实验过程采用ＬｉＣｌ－ＫＣｌ熔盐体系，ＬｉＣｌ：ＫＣｌ＝ｌ：ｌ。ＬｉＣｌ－ＫＣｌ熔盐体系熔点低，溶解性逡逑能好。相比于氟化物体系，氯化物体系在很大程度上减少对电阻炉的腐蚀，所以对实验设逡逑备的要求也相对较低。ＬｉＣｌ－ＫＣｌ熔盐体系相图如图２．１所示。从相图中我们观察到ＬｉＣｌ－ＫＣｌ逡逑熔点在４１５邋°Ｃ左右，非常适合作为高温电解质。但ＬｉＣｌ和ＫＣ１的吸水能力都比较强，暴逡逑露在空气中会吸收水分，所以在使用前分别将ＬｉＣｌ和ＫＣ１置于４７３邋Ｋ鼓风干燥箱内干燥逡逑７２小时，防止吸潮。实验之前，在－２．３邋Ｖ电位下预电解３小时，这样做的目的是为了去除逡逑盐中的杂质。实验中使用的ＹｂＣｌ３是用ＮＨ４Ｃ１氯化得到的。逡逑８00邋．邋■逦■邋Ｉ邋＇邋＇邋＇邋；邋＇逦—Ｔ－逦－■！邋■邋■＇．逡逑７。。卜逡逑６００邋Ｋ邋Ｘ邋１逡逑５００邋＼￣邋／邋－逡逑二逦Ｌｉｅ邋丨逦／逦ＫＣＩ逦二逡逑４００邋—邋ＵＯＵＩＤ逦＼逦／逦ＵＱＬｆＩＤ逦—逡逑１：邋逦－Ｖ逦逦逦：逡逑＇逦ＬｉＣ：邋＋邋ＫＣＩ逦－逡逑３００邋二』…１逦１邋邋邋邋逦逦逦」“■邋一－．邋＂３逡逑０逦２０逦４０逦６０逦８０逦１００逡逑ＬｉＣｌ逦Ｍｏｌ．Ｈ逦ＫＯ逡逑图２．１邋ＬｉＣｌ－ＫＣｌ熔盐体系相图逡逑２．２．２电解槽装置逡逑在本实验中使用的电解池结构如图２．２所示：逡逑１４逡逑

实验过程采用ＬｉＣｌ－ＫＣｌ熔盐体系，ＬｉＣｌ：ＫＣｌ＝ｌ：ｌ。ＬｉＣｌ－ＫＣｌ熔盐体系熔点低，溶解性逡逑能好。相比于氟化物体系，氯化物体系在很大程度上减少对电阻炉的腐蚀，所以对实验设逡逑备的要求也相对较低。ＬｉＣｌ－ＫＣｌ熔盐体系相图如图２．１所示。从相图中我们观察到ＬｉＣｌ－ＫＣｌ逡逑熔点在４１５邋°Ｃ左右，非常适合作为高温电解质。但ＬｉＣｌ和ＫＣ１的吸水能力都比较强，暴逡逑露在空气中会吸收水分，所以在使用前分别将ＬｉＣｌ和ＫＣ１置于４７３邋Ｋ鼓风干燥箱内干燥逡逑７２小时，，防止吸潮。实验之前，在－２．３邋Ｖ电位下预电解３小时，这样做的目的是为了去除逡逑盐中的杂质。实验中使用的ＹｂＣｌ３是用ＮＨ４Ｃ１氯化得到的。逡逑８00邋．邋■逦■邋Ｉ邋＇邋＇邋＇邋；邋＇逦—Ｔ－逦－■！邋■邋■＇．逡逑７。。卜逡逑６００邋Ｋ邋Ｘ邋１逡逑５００邋＼￣邋／邋－逡逑二逦Ｌｉｅ邋丨逦／逦ＫＣＩ逦二逡逑４００邋—邋ＵＯＵＩＤ逦＼逦／逦ＵＱＬｆＩＤ逦—逡逑１：邋逦－Ｖ逦逦逦：逡逑＇逦ＬｉＣ：邋＋邋ＫＣＩ逦－逡逑３００邋二』…１逦１邋邋邋邋逦逦逦」“■邋一－．邋＂３逡逑０逦２０逦４０逦６０逦８０逦１００逡逑ＬｉＣｌ逦Ｍｏｌ．Ｈ逦ＫＯ逡逑图２．１邋ＬｉＣｌ－ＫＣｌ熔盐体系相图逡逑２．２．２电解槽装置逡逑在本实验中使用的电解池结构如图２．２所示：逡逑１４逡逑
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TF845

【参考文献】

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本文编号：2709827