【摘 要】
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相对于工业用铁,纯铁具有熔点高、导电性好、延展性和耐腐性好、在潮湿的环境中不易生锈、不溶于浓硫酸等优点。纯铁可用于制造电磁铁芯,且在航空航天、原子研究领域也有所应用。通过熔盐电解可以生产金属、稀有金属或难熔金属等,目前利用熔盐电解法制备纯铁的相关研究较少,本文利用NaCl-CaCl2-Fe2O3熔盐体系对熔盐电沉积法制备纯铁相关理论进行了研究。通过差热分析法测定NaCl-CaCl2-Fe2O3熔盐
【基金项目】
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国家自然科学基金资助项目,项目编号:51674120；
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相对于工业用铁,纯铁具有熔点高、导电性好、延展性和耐腐性好、在潮湿的环境中不易生锈、不溶于浓硫酸等优点。纯铁可用于制造电磁铁芯,且在航空航天、原子研究领域也有所应用。通过熔盐电解可以生产金属、稀有金属或难熔金属等,目前利用熔盐电解法制备纯铁的相关研究较少,本文利用NaCl-CaCl2-Fe2O3熔盐体系对熔盐电沉积法制备纯铁相关理论进行了研究。通过差热分析法测定NaCl-CaCl2-Fe2O3熔盐体系的初晶温度,其初晶温度随Fe2O3含量的增加逐渐增加,并且当XFe2O3为2%时,初晶温度最低为507.25℃。通过热力学计算和X射线衍射结果初步判定Fe2O3在NaCl-CaCl2熔盐体系中为物理溶解,即没有发生化学反应且没有生成新物质。通过计算氧分压和理论分解电压可知,利用熔盐电解法在NaCl-CaCl2-Fe2O3熔盐体系中制备金属铁是可行的,并且其还原过程分三步还原:Fe2O3→Fe3O4→Fe O→Fe。利用循环伏安法、方波伏安法、线性扫描伏安法和开路计时电位法等研究Fe2O3在不同的阴极（Pt/Fe/Ni/Mo）的电化学还原行为,确定Fe2O3在NaCl-CaCl2-Fe2O3熔盐体系中的电化学还原机理。结果表明,Fe3+在NaCl-CaCl2-Fe2O3熔盐体系中是三步还原行为,还原过程为Fe2O3→Fe3O4→Fe O→Fe。并且Fe3+在不同的阴极上的还原可逆程度不同,在Pt阴极上为可逆-不可逆-可逆;在Fe电极上为可逆-不可逆-不可逆;在Ni电极上为可逆-可逆-不可逆;在Mo电极上为可逆-不可逆-不可逆。研究了在NaCl:CaCl2=1:1的熔盐体系中加入10g的Fe2O3,以高纯镍片为阴极,石墨片为阳极。观察了电流密度、沉积时间等对电沉积铁表面形貌的影响。在电流密度1.0 A/cm2,沉积时间8h时,得到了表面质量较好的沉积层。在上述工艺条件下,在镍片上沉积出单质Fe,其含量大于Ni,并且分布比较均匀。图57幅;表33个;参80篇。
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