低温铝电解的物理化学过程

为达到降低铝电解的温度的目的,对低温度下(800～900℃)电解冰晶石-氧化铝体系电解质制取金属铝的物理化学过程进行了实验研究。主要研究内容包括:用透明电解槽观测低温铝电解中进行的物理化学过程 ;低温电解质的组成和物理化学性质;低温电解中的能量消耗;铝在低温电解质中的溶解和电流效率;氧化铝在低温电解质中的溶解;低温电解质中NaF/AlF3摩尔比的检测方法;低温电解的电极过程;惰性电极在低温电解过程中的应用。     

NiAl2O4基惰性阳极的制备及电解腐蚀研究

采用热压方法研制了Al-Ni-Cu-O系金属陶瓷惰性阳极,阳极的成分以NiAl2O4尖晶石陶瓷为基体,含有10%～20%(wt)Cu和Ni的混合粉末,制得阳极试样的相对密度可达99%,该种阳极在900 ℃左右的电导率大于80 s/cm.采用自制的Ф150 mm×12 mm阳极,在150 A电流的情况下稳定电解24 h,对阳极的动态腐蚀行为进行研究.对电解后阳极的XRD研究发现,从阳极中心到表面NiO量逐渐增加,在阳极表面有新的NiO相生成,对比阳极中不同相的热膨胀性能,认为新相的生成导致了阳极的膨胀和分层.     

NaF·AlF3-Al2O3-CaF2-ZrO2熔盐体系的电导率

采用改进的固定电导池常数法研究 NaF-AlF3-CaF2-Al2O3-ZrO2熔盐体系的电导率。结果表明, NaF-AlF3-3%Al2O3-3%CaF2-ZrO2熔盐体系的电导率随着ZrO2含量（0~5%）的增加呈降低趋势。每增加1%氧化锆,电导率相应地降低约0.02 S/cm。温度每增加1°C时电导率相应降低约0.004 S/cm。随着NaF与AlF3摩尔比的增加,体系的电导率随之增加。最后采用二次回归正交设计方法,建立分子比相同时电解质的电导率与温度和氧化锆浓度关系的回归方程。     

Na3AlF6-Al2O3熔盐的Raman光谱和离子结构

基于测定的熔融冰晶石的Raman光谱和对散射系数的新理解,重新分析以前研究的942～1024℃的酸性NaF-AlF3熔盐中存在的不同离子团的含量。新的定量分析结果表明：对于分子比小于2的熔盐,AlF4-是含量最高的阴离子;当分子比为1.5时,其摩尔分数约为0.70;当分子比为2时,其摩尔分数为0.50。当分子比大于2.5时,AlF6^3-相对含量更高;当分子比为2.5时,其摩尔分数为0.45。然后,采用紫外Raman光谱法研究Na3AlF6-Al2O3熔盐的离子结构。研究结果表明：熔盐中存在八面体的AlF63-和四面体的AlF4^-,基团中的F-可能被O^2-部分取代。在Al2O3的质量分数大于4%的熔盐中存在具有大散射系数的Al2O2F4^2-。光谱中的波段随温度的升高发生蓝移。     

电化学原位拉曼光谱技术在高温熔盐中的应用

综述了熔盐电化学原位拉曼光谱用样品池结构及特点、熔盐电化学原位拉曼光谱的研究进展。所用样品池主要以配合90°拉曼散射模式研究为主,且样品池通常都通入惰性气体。研究中主要采用恒电流/恒电位电解的电化学方法,研究内容涉及到在氯化物熔盐中电解还原金属铝、汞、镉和钽的阴极行为,(Li-K)CO₃和Li₂CO₃燃料电池中氧的还原,在以金属铝为阳极的高能熔盐电池中I₂在AlCl₃-NaCl熔盐中的电化学过程,钠-硫电池放电过程中S元素在AlCl₃-NaCl熔盐中的行为,Y₂O₃稳定的ZrO₂(YSZ)氧离子导体在Na₂SO₄熔盐中的电化学腐蚀,以及不同电位条件下熔融KNO₃、NaNO₃与铂电极界面的熔盐结构变化。最后,展望了熔盐电化学原位拉曼光谱的研究发展方向。     

铝液还原熔盐中ZrO2制备纯铝锆母合金

研究了铝液还原熔盐中ZrO₂制备铝锆母合金的新方法,考察了还原时间对合金中锆浓度的影响.结果表明,铝液还原熔盐中ZrO₂法制备出的铝锆母合金不含有氧化锆和氧化铝夹杂,可制备出更纯净的铝锆母合金.扫描电镜和电子能谱分析结果表明,合金中的Zr主要以Al₃Zr晶须形式存在.铝锆母合金中锆浓度随还原时间的延长而明显增加,当还原4 h后合金中锆质量百分含量为1.5 %,基本达到上限值.      

碱性铝-空气电池用铝合金阳极的研究进展

近年来,通过研制各种新型铝合金阳极及相应电解质的添加剂,使铝-空气电池的研究取得了很大的进展.从铝阳极的反应活化、钝化机理、添加合金元素的影响和缓蚀剂等方面,综述了近几十年来,国内外碱性铝-空气电池合金阳极材料的发展和应用概况.     

铝电解工业中全氟碳化物排放

近年来,铝电解技术与设备取得很大进步,目前环保节能成为铝电解技术发展的主题。铝电解过程中发生阳极效应不但耗费电能,而且排放大量高温室潜势气体CF4、C2F6。面对这一现实,全球各电解铝企业都在不断做出努力,从1990年到2008年每吨铝的PFCs排放物减少量超过86%。本文主要概述了铝电解过程中PFCs的排放现状以及估算方法,并综述了近年来世界上关于CF4和C2F6产生机理的研究。     

Na和铝电解质对振动成型TiB2惰性阴极的渗透

采用振动成型的TiB2和石墨分别作为Na和铝电解质渗透实验的阴极材料,在工业铝电解条件下电解5 h,考察了Na和铝电解质对其腐蚀渗透情况. XRD分析结果表明,振动成型TiB2阴极的基体中未发现Na或F的单质及化合物,而在石墨阴极中则有NaF和Na3AlF6等物质存在. SEM及EDS分析结果表明,Na, F, Al等元素渗透到TiB2阴极基体中的量极少,渗透到石墨中的量则较多. 可见振动成型TiB2阴极能够有效减缓Na和铝电解质的渗透,但并不能完全阻止.     

MF-ZrF4(M=Li,Na,K)体系离子结构的Raman光谱研究

碱金属氟化物-氟化锆体系是核反应熔盐堆冷却剂和燃料盐载体最具潜力的应用对象.采用Raman光谱法研究了MF-ZrF4(M=Li,Na,K)体系的离子结构,探讨了温度和ZrF4摩尔分数对体系中离子团的形式和相互转化规律的影响.研究表明,MF-ZrF4体系中主要存在ZrF4-8,ZrF3-7,ZrF2-6,ZrF5-四种Zr-F结构,在较高温度时还存在Zr3 F8-20,Zr2 F5-13和Zr2 F3-11络合离子团;随着温度的升高,体系中ZrF3-7离子团的相对含量减少,ZrF4-8,ZrF2-6和ZrF5-离子团的相对含量增加;随着温度的升高或体系中ZrF4摩尔分数的增大,ZrF4-8,ZrF3-7,ZrF2-6,ZrF5-四种络合离子团的结构变得不稳定.