论文部分内容阅读
现代铝电解工业采用电解冰晶石-氧化铝熔盐的方法生产金属铝,并向熔盐中加入氟化镁、氟化钙等添加剂以改善其物理和化学性能,虽然研究者对于冰晶石体系熔盐结构的研究一直没有间断过,但是由于研究的困难性,所建立的相关理论尚不成熟和完善。
本文采用Raman光谱法对不同分子比的KF-AlF3淬冷试样以及分子比为2.5的KF-AlF3高温熔融试样进行了分析,证明了该系熔盐中AlF63-,AlF4-以及AlF52-离子团的存在;通过对Na3AlF6-Al2O3熔盐的初晶温度的研究,计算得在稀熔盐范围内,一个质点Al2O3加入Na3AlF6熔盐所引入的新质点数为三,因此认为在稀Na3AlF6-Al2O3熔盐中,所含有的铝氧氟离子可能为:AlOF54-,AlOF32-,Al2OF84-,Al2OF62-。
电导率是冰晶石系熔盐一个重要的性质,通过对该熔盐的电导率研究,可以间接地了解熔盐的离子结构,更好地了解离子迁移过程机理;同时,在铝电解工业中,提高熔盐的电导率可以降低能耗,提高电流效率,节约成本。
本文通过对标准KCl水溶液以及Na3AlF6-Al2O3熔盐电导率的测定,验证了CVCC(可连续变化电导池常数)技术的可行性,并且发现使用CVCC技术测定水溶液或熔盐电导率,不再受到施加频率的影响,因此认为相对于固定电导池常数法测定电导率,CVCC法的测定精度更高,操作更方便。
测定了添加物为Al2O3,AlF3,CaF2,MgF2的冰晶石-添加物二元体系熔盐的电导率;并使用两种方法拟合了一定参数范围内,不同温度下,不同添加物含量的电导率方程,发现两方程的计算值与实际值的绝对差值在0.15S·cm-1以内;在实验与计算允许的范围内,讨论了四个二元系熔盐电导率的简单模型,串联模型与并联模型化,计算了相关参数,发现使用简单模型所计算的电导率值与实验测定值吻合程度很高;通过对Na3AlF6-AlF3熔盐的简单模型和串联模型电导率研究,可以间接证明熔盐中AlF52-的存在。
在认同NaF-AlF3熔盐中AlF63-二步分解的基础上,研究了990-1020℃下,熔盐当量电导率与组成的关系,认为在所研究的温度区间内,熔盐当量电导率受温度的影响不大;而且整体上熔盐的当量电导率是随着AlF3的摩尔分数增加而增加的;作出了熔盐的当量电导率活化能与组成的关系曲线,发现当AlF3的摩尔分数在0.28-0.30之间,曲线有一个最小值,结合熔盐中不同离子的摩尔分数变化分析了熔盐当量电导率和当量电导率活化能随熔盐组成的变化原因。
通过与标准方程计算的粘度数据进行比较,验证了冰晶石-氧化铝熔盐体系的胶体理论;分析了冰晶石-氧化铝熔盐中氧化铝胶体的生成对体系电导率的影响,并通过实验和计算确定了熔盐体系“电导率粘度”方程的各参数,认为“电导率粘度”方程可以体现出冰晶石-氧化铝熔盐中氧化铝胶体的生成对熔盐电导率的影响。