金属Ni、Cr和Fe在氯化物熔盐中的腐蚀行为及机理研究
发布时间：2021-09-11 18:40
氯化物熔盐具有储量大、价格低廉、可操作温度范围宽和传热性能良好等优点,被广泛应用于电化学冶金、聚光太阳能发电和热解生物质等领域。在这些被广泛应用的氯化物熔盐中,ZnCl2、NaCl和KCl熔盐占有重要地位。尤其是在熔盐聚光太阳能发电领域,ZnCl2-NaCl-KCl三元熔盐是最重要的传热、储热候选盐之一。然而这三种氯化物熔盐也有着明显的缺点,它们对金属Ni、Cr和Fe以及含有这些元素的金属结构材料的强腐蚀性问题严重阻碍了其应用的发展。所以,研究金属Ni、Cr和Fe在ZnCl2、NaCl和KCl熔盐中的腐蚀行为及机理,对于理解熔盐电化学冶金过程中产物向熔盐中扩散的行为和提高金属结构材料在氯化物熔盐应用中的服役性能,进而促进氯化物熔盐的应用发展具有重要意义。此外,又因为强共价性的ZnCl2和弱共价性的NaCl-KCl性质差异较大,所以本论文分别对金属Ni、Cr和Fe在ZnCl2及NaCl-KCl两种氯化物熔盐体系中的腐蚀行为及机理进行了研究。结果表明:1.金属Ni、Cr和Fe在Zn...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)上海市
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
在LiCl-KCl熔盐中电沉积Li的工作电极（Mo）照片
第1章绪论5图1.1在LiCl-KCl熔盐中电沉积Li的工作电极（Mo）照片。（a）电沉积前，（b）沉积一层Li，但未产生“金属雾”，（c）产生“金属雾”。[48]Figure1.1PhotoimagesofMoworkingelectrodeobservedduringLielectrodepositioninaLiCl-KClmoltensalt.a)Beforeelectrolysis,b)Lidepositionbeforemetalfoggeneration,c)duringmetalfoggeneration.[48]2.聚光太阳能应用中熔盐对金属材料的腐蚀图1.2展示了目前聚光太阳能发电的三种备选方案。[14]可以看到，每种方案都存在重大的技术、经济或者可靠性风险。其中的第一种方案，使用熔盐作为聚光太阳能发电的传热和储热介质时，高温熔盐对金属结构材料的腐蚀是一项非常严峻的挑战。图1.2聚光太阳能发电的三种方案。[14]Figure1.2Threepathwaysforconcentratingsolarpower.[14]目前熔盐聚光太阳能发电应用中被提议使用的候选熔盐有硝酸盐、碳酸盐和
625,Inconel718和Haynes230等镍基合金在850°C的KCl-MgCl2熔盐中都会受到较为严重的腐蚀。[53]NaCl-KCl-ZnCl2熔盐系统是熔盐聚光太阳能发电最重要的候选氯化物熔盐候选之一，到目前为止也已经有大量的研究表明镍基合金结构材料在该体系熔盐中会遭受到严重的腐蚀。比如Vignarooban等科学家研究了HastelloyN,C276,C22三种镍基合金在250-500°C的NaCl-KCl-ZnCl2熔盐中的腐蚀问题。[52]250°C时，HastelloyC-276合金被NaCl-KCl-ZnCl2（摩尔比，13.4:33.7:52.9）腐蚀的速率约为10μm/年，而500°C时达到了40μm/年。图1.3展示了250和500°C时，HastelloysC-276，C-22和N合金在NaCl-KCl-ZnCl2熔盐中腐蚀速率的3维柱状图。在这三种合金中，HastelloyN合金受到的腐蚀速率最大，高于150μm/年。需要指出的是在该熔盐体系中，ZnCl2和NaCl、KCl的性质和作用有明显的差异，ZnCl2的共价性很强，主要作用是降低熔盐系统的熔点，NaCl和KCl的共价性要弱得多，可以提高熔盐系统的传热能力。图1.3三种镍基合金在NaCl-KCl-ZnCl2熔盐中腐蚀速率的3维柱状图。（a）250°C，（b）500°C。[52]Figure1.33DhistogramsofcorrosionratesforthreeHastelloysalloysinmoltenNaCl-KCl-ZnCl2at250(a)and500°C(b).[52]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Silicon prepared by electro-reduction in molten salts as new energy materials[J]. Tingting Jiang,Xinyi Xu,George Z.Chen. Journal of Energy Chemistry. 2020(08)
[2]光热发电及熔盐的应用前景[J]. 史忠录,杜佩英,屈小荣,马彦军. 盐科学与化工. 2019(04)
[3]添加纳米SiO2对单组分及二元硝酸盐热物性的影响[J]. 熊亚选,王振宇,徐鹏,吴玉庭,丁玉龙,马重芳. 化工学报. 2018(10)
[4]核石墨的孔结构与熔盐浸渗特性研究[J]. 张宝亮,戚威,夏汇浩,孙立斌,吴莘馨. 核技术. 2017(12)
[5]浅淡太阳能光热发电储热熔盐产业发展现状[J]. 于雪峰,何云,蒋中华,朱秀丽. 盐科学与化工. 2017(10)
[6]熔盐堆用超细颗粒石墨结构和熔盐浸渗研究（英文）[J]. 张文婷,张宝亮,宋金亮,戚威,贺秀杰,刘占军,连鹏飞,贺周同,高丽娜,夏汇浩,刘向东,周兴泰,孙立斌,吴莘馨. 新型炭材料. 2016(06)
[7]添加纳米SiO2对四元溴化盐相变热物性的影响[J]. 熊亚选,栗博,吴玉庭,史建峰,马重芳. 化工学报. 2017(04)
[8]Rare metals preparation by electro-reduction of solid compounds in high-temperature molten salts[J]. Wei Xiao,Di-Hua Wang. Rare Metals. 2016(08)
[9]熔盐电化学低碳冶金新技术研究[J]. 肖巍,朱华,尹华意,汪的华. 电化学. 2012(03)
[10]太阳能光热发电技术应用与发展[J]. 王泽凯. 玻璃. 2012(06)
博士论文
[1]基于熔盐堆环境的核石墨熔盐浸渗特性及力学性能研究[D]. 唐辉.中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) 2018
硕士论文
[1]核石墨的熔盐浸渗特性及其力学加载下同步辐射原位XRD研究[D]. 王佳敏.山东大学 2019
本文编号：3393514
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)上海市
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
在LiCl-KCl熔盐中电沉积Li的工作电极（Mo）照片
第1章绪论5图1.1在LiCl-KCl熔盐中电沉积Li的工作电极（Mo）照片。（a）电沉积前，（b）沉积一层Li，但未产生“金属雾”，（c）产生“金属雾”。[48]Figure1.1PhotoimagesofMoworkingelectrodeobservedduringLielectrodepositioninaLiCl-KClmoltensalt.a)Beforeelectrolysis,b)Lidepositionbeforemetalfoggeneration,c)duringmetalfoggeneration.[48]2.聚光太阳能应用中熔盐对金属材料的腐蚀图1.2展示了目前聚光太阳能发电的三种备选方案。[14]可以看到，每种方案都存在重大的技术、经济或者可靠性风险。其中的第一种方案，使用熔盐作为聚光太阳能发电的传热和储热介质时，高温熔盐对金属结构材料的腐蚀是一项非常严峻的挑战。图1.2聚光太阳能发电的三种方案。[14]Figure1.2Threepathwaysforconcentratingsolarpower.[14]目前熔盐聚光太阳能发电应用中被提议使用的候选熔盐有硝酸盐、碳酸盐和
625,Inconel718和Haynes230等镍基合金在850°C的KCl-MgCl2熔盐中都会受到较为严重的腐蚀。[53]NaCl-KCl-ZnCl2熔盐系统是熔盐聚光太阳能发电最重要的候选氯化物熔盐候选之一，到目前为止也已经有大量的研究表明镍基合金结构材料在该体系熔盐中会遭受到严重的腐蚀。比如Vignarooban等科学家研究了HastelloyN,C276,C22三种镍基合金在250-500°C的NaCl-KCl-ZnCl2熔盐中的腐蚀问题。[52]250°C时，HastelloyC-276合金被NaCl-KCl-ZnCl2（摩尔比，13.4:33.7:52.9）腐蚀的速率约为10μm/年，而500°C时达到了40μm/年。图1.3展示了250和500°C时，HastelloysC-276，C-22和N合金在NaCl-KCl-ZnCl2熔盐中腐蚀速率的3维柱状图。在这三种合金中，HastelloyN合金受到的腐蚀速率最大，高于150μm/年。需要指出的是在该熔盐体系中，ZnCl2和NaCl、KCl的性质和作用有明显的差异，ZnCl2的共价性很强，主要作用是降低熔盐系统的熔点，NaCl和KCl的共价性要弱得多，可以提高熔盐系统的传热能力。图1.3三种镍基合金在NaCl-KCl-ZnCl2熔盐中腐蚀速率的3维柱状图。（a）250°C，（b）500°C。[52]Figure1.33DhistogramsofcorrosionratesforthreeHastelloysalloysinmoltenNaCl-KCl-ZnCl2at250(a)and500°C(b).[52]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Silicon prepared by electro-reduction in molten salts as new energy materials[J]. Tingting Jiang,Xinyi Xu,George Z.Chen. Journal of Energy Chemistry. 2020(08)
[2]光热发电及熔盐的应用前景[J]. 史忠录,杜佩英,屈小荣,马彦军. 盐科学与化工. 2019(04)
[3]添加纳米SiO2对单组分及二元硝酸盐热物性的影响[J]. 熊亚选,王振宇,徐鹏,吴玉庭,丁玉龙,马重芳. 化工学报. 2018(10)
[4]核石墨的孔结构与熔盐浸渗特性研究[J]. 张宝亮,戚威,夏汇浩,孙立斌,吴莘馨. 核技术. 2017(12)
[5]浅淡太阳能光热发电储热熔盐产业发展现状[J]. 于雪峰,何云,蒋中华,朱秀丽. 盐科学与化工. 2017(10)
[6]熔盐堆用超细颗粒石墨结构和熔盐浸渗研究（英文）[J]. 张文婷,张宝亮,宋金亮,戚威,贺秀杰,刘占军,连鹏飞,贺周同,高丽娜,夏汇浩,刘向东,周兴泰,孙立斌,吴莘馨. 新型炭材料. 2016(06)
[7]添加纳米SiO2对四元溴化盐相变热物性的影响[J]. 熊亚选,栗博,吴玉庭,史建峰,马重芳. 化工学报. 2017(04)
[8]Rare metals preparation by electro-reduction of solid compounds in high-temperature molten salts[J]. Wei Xiao,Di-Hua Wang. Rare Metals. 2016(08)
[9]熔盐电化学低碳冶金新技术研究[J]. 肖巍,朱华,尹华意,汪的华. 电化学. 2012(03)
[10]太阳能光热发电技术应用与发展[J]. 王泽凯. 玻璃. 2012(06)
博士论文
[1]基于熔盐堆环境的核石墨熔盐浸渗特性及力学性能研究[D]. 唐辉.中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) 2018
硕士论文
[1]核石墨的熔盐浸渗特性及其力学加载下同步辐射原位XRD研究[D]. 王佳敏.山东大学 2019
本文编号：3393514
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