直接电解法制取金属镝的阴极制备工艺研究

以直接电解脱氧法(FFC法)电解氧化镝制取金属镝工艺为主要研究范畴。实验以烧结Dy2O3试样为阴极,高纯石墨棒为阳极,于CaCl2熔盐中电解脱氧。结合电脱氧理论系统研究了试样的成型压力、烧结温度以及烧结时间对所得阴极电解过程及产物脱氧率的影响。同时,结合对各条件下阴极片体的微观形貌的分析结果及电脱氧产物XRD谱图分析,得到了阴极制备工艺的适宜条件。实验结果表明:直接电脱氧法制备金属镝工艺是可行的,微孔阴极中的颗粒连通性好、颗粒尺寸小、孔隙率高均有利于电脱氧进行。实验得到的最佳电极制备条件为:成型压力为15 MPa、烧结温度为1200℃、烧结时间为8 h。     

电脱氧法制取金属铌的研究

以Nb2O5粉末烧结片为阴极、石墨坩埚为阳极,在CaCl2-NaCl熔盐电解质中对Nb2O5阴极进行电脱氧,以制取金属铌。研究了Nb2O5粉末烧结阴极的制取,以及在熔盐电解质中电脱氧Nb2O5的工艺。研究结果表明,在熔盐电解质中电脱氧是通过熔盐电解质渗透到阴极片孔隙中,使Nb2O5粉末烧结片阴极形成良好的导电体,氧化铌被电离,氧离子通过熔盐电解质传导至石墨阳极坩埚,发生反应并以氧气析出。而阴极本身则发生铌离子还原,形成金属铌。研究表明,电脱氧速度和电脱氧效率与电解质与氧化铌接触面大小和电解温度有关,渗透性好、孔隙度高即接触面大的阴极片和高的电解温度将有较高的电脱氧速度和效率。     

LiCl-NaCl熔盐中金属钽电化学脱氧过程研究

通过循环伏安法、恒槽压电解并结合SEM、XRD和氧氮分析法研究了LiCl-NaCl熔盐中金属钽的电化学脱氧过程,并考察了石墨阳极气体对脱氧过程的影响.研究结果表明:在LiCl-NaCl熔盐体系中,利用电解可有效降低金属钽中的氧含量,脱氧反应包括Ta2O5→Ta(O)+LiTaO3和Ta(O)+LiTaO3-Ta.熔盐电...     

烧结温度对电脱氧制备金属铌影响的研究

采用电脱氧法,以Nb2O5烧结片为阴极插入高温熔融CaCl2-NaCl混合熔盐中电解制备金属铌。研究了不同烧结温度对阴极片的孔隙度、电脱氧反应及其产物的影响。采用XRD、SEM、EDS对电解产物的物相、表面形貌和含氧量进行分析。实验结果表明,烧结温度是影响Nb2O5烧结片的晶粒尺寸、孔隙度和孔隙尺寸的主要因素。阴极片开孔孔隙有利于熔盐的渗入,能够扩大反应界面,加快电脱氧反应速率。电脱氧效果不仅取决于开孔孔隙度,也与孔隙尺寸有关,实验表明1 200℃烧结12 h制备的Nb2O5阴极片电解产物脱氧效果最好。     

V-Ti-Fe储氢合金的熔盐电脱氧过程研究

以金属热还原法制备的V-Ti-Fe合金为原料进行熔盐电解,对合金脱氧过程进行研究,考察了电解时间对合金脱氧效果的影响。结果表明,熔盐电解法可去除V-Ti-Fe合金中的大部分氧,随着电解时间的延长,合金氧含量逐渐降低,电解240min后最终降至0.2%左右。经熔盐电脱氧处理后V-Ti-Fe合金的吸放氢性能有所改善,随着电解时间的延长,其最大吸氢量和有效放氢量均有所增加,最高分别可达2.65%和1.01%。     

含钛废渣熔盐电脱氧法制备钛铁合金

以泡沫镍包裹含钛废渣和Fe2O3混合物为阴极,碳棒为阳极,在900 ℃、3.1 V、CaCl2熔盐电解质中,采用熔盐电脱氧法制备钛铁合金,重点考查阴极成型压力对微观形貌及电解效果的影响.结果表明,烧结后阴极片孔隙率随着成型压力的增加而减小,当成型压力为2 MPa时,烧结后阴极片孔隙率为39.5％,具有良好的电化学活性,...     

氟化物体系熔盐电解制备YNi合金

以Y2O3为电解原料,以金属镍棒为自耗阴极、石墨板为阳极,在常规的石墨电解槽中采用氟化物体系熔盐电解法制备了YNi合金.研究了电解时间、电解温度、电解质组成、阴极电流密度等主要技术参数对电解过程的影响,并对所制备的钇镍合金进行了表征.结果表明,熔盐电解制备钇镍合金的较优工艺条件为:电解温度1000℃,电解质YF3与Li...     

熔盐电脱氧法还原UO_2的研究进展

熔盐电脱氧技术在多种金属和合金的制备中具有广阔的应用前景,甚至已经实现了某些金属和合金的工业化生产。近年来,在乏燃料后处理领域,利用熔盐电脱氧技术处理氧化物乏燃料的观点得到广泛的关注。二氧化铀作为乏燃料的主要成分,其相关电脱氧研究对金属铀的回收再利用和能源的可持续发展具有重要意义。首先回顾了近年来关于二氧化铀的电脱氧机制的研究进展,为二氧化铀电脱氧工艺提供理论基础;再从二氧化铀电脱氧动力学方面分析了二氧化铀的电脱氧过程,为二氧化铀电脱氧工艺提供实验基础;并在以上基础上对二氧化铀电脱氧的工艺重难点进行了归纳总结,指出了高效电解还原二氧化铀所面临的主要问题,这包括:二氧化铀电脱氧中采用熔盐的选择、二氧化铀电脱氧中阴极块体的制备工艺以及二氧化铀电脱氧中阳极材料的选择等方面;基于熔盐电脱氧技术在多种氧化物电脱氧中的优良表现,最后对二氧化铀电脱氧的电脱氧机制和电脱氧工艺的发展表达了期盼,并对熔盐电解技术在乏燃料后处理中的应用进行了展望。     

Ta2O5直接制备金属钽的研究

利用固体透氧膜（SOM）法对Ta2O5直接电解制备金属钽进行了研究。Ta2O5粉经压片烧结后制成阴极，氧化钇稳定氧化锫管内的碳饱和铜液为阳极，混合熔盐MgF2-CaF2为电解质，在1150℃不同电压下进行电解。经XRD，SEM等分析表明：在透氧膜稳定的条件下，电压越高，脱氧速度越快。该方法制备金属钽具有电解速度快、电流密度高等优点，发展前景良好。     

熔盐电脱氧法制备金属Cr粉的研究

以烧结的Cr2O3片体为阴极、高密度石墨碳棒为阳极,在820℃的CaCl2熔盐中,2.8V电压下进行电脱氧反应,制得金属铬.研究了烧结温度、电解时间对电解反应的影响,用电子扫描显微镜(SEM)分析了900℃、1200℃烧结试样电解前后的微观形貌;XRD分析了电解产物的相组成.结果表明:试样的烧结温度越高,孔隙率越低,电脱氧反应速率越慢,产物的颗粒越大;电解还原是从外向内进行的;扩散过程是影响电脱氧反应速率的重要因素.     

Mitigating Electronic Current in Molten Flux for the Magnesium SOM Process

The solid oxide membrane (SOM) process has been used at 1423 K to 1473 K (1150 °C to 1200 °C) to produce magnesium metal by the direct electrolysis of magnesium oxide. MgO is dissolved in a molten MgF₂-CaF₂ ionic flux. An oxygen-ion-conducting membrane, made from yttria-stabilized zirconia (YSZ), separates the cathode and the flux from the anode. During electrolysis, magnesium ions are reduced at the cathode, and Mg_(g) is bubbled out of the flux into a separate condenser. The flux has a small solubility for magnesium metal which imparts electronic conductivity to the flux. The electronic conductivity decreases the process current efficiency and also degrades the YSZ membrane. Operating the electrolysis cell at low total pressures is shown to be an effective method of reducing the electronic conductivity of the flux. A two steel electrode method for measuring the electronic transference number in the flux was used to quantify the fraction of electronic current in the flux before and after SOM process operation. Potentiodynamic scans, potentiostatic electrolyses, and AC impedance spectroscopy were also used to characterize the SOM process under different operating conditions.     

Fe-TiB2/Al2O3复合阴极的电解性能及元素迁移行为

以氧化铝溶胶为黏结剂、金属Fe为烧结助剂, 采用冷压-烧结制备出铝电解用Fe-TiB₂/Al₂O₃复合阴极材料, 利用20A电解试验研究其电解性能; 利用能谱仪(EDS) 对电解试验前后的复合阴极材料进行了成分物相分析, 研究电解过程中各种元素迁移行为.研究结果表明: 金属Fe作为烧结助剂在烧结过程中能有效的填充骨料之间的空隙, 使该复合阴极材料的烧结致密度显著提高; 20 A电解试验过程电压稳定, 电流效率93. 2%, 原铝中铝元素质量分数为99. 47%, 杂质元素质量分数为0. 53%.在电解试验后, 铝液能有效润湿阴极表面, 表明Fe-TiB₂/Al₂O₃复合阴极材料具有较理想的可润湿性; 从复合阴极电解后的能谱分析可知, 在电解过程中, 碱金属主要是通过液态电解质渗透进入阴极材料中, 随后又逐渐渗透进入黏结剂相中, 并在骨料之间氧化铝溶胶和金属烧结助剂均未能充分填充的空隙进行富集. K元素较Na元素对黏结相的渗透力更强; 与此同时, 阴极表面生成的Al通过复合材料的空隙进入阴极内部, 而Fe金属会利用材料内部的空隙反向扩散至铝液层中.在试验中, 阴极表面的铝液层的稳定存在是该阴极高效稳定运行的基础.      

Cathodic deoxygenation of the alpha case on titanium and alloys in molten calcium chloride

The oxygen-enriched alpha case on titanium and alloys was successfully deoxygenated to satisfactory levels by electrolysis in molten CaCl₂, in which the cathode was made from the metal to be refined. The oxygen distribution in the metal before and after electrolysis was characterized by microhardness tests, scanning electron microscopy (SEM), and energy-dispersive X-ray (EDX). The electrolysis has been carried out at voltages sufficiently below that for the decomposition of CaCl₂, and the results obtained suggest that the alpha case deoxygenation follows a simple oxygen ionization mechanism in which the oxygen in the metal is simply ionized at the cathode/electrolyte interface, dissolves in the molten salt, and then discharges at the anode. It is shown that by applying the electrochemical method, the alpha cases on both commercially pure titanium (CP Ti) and the Ti-6Al-4V alloy can be effectively deoxygenated. In particular, due to the removal of oxygen, the original alpha case (single phase) on the Ti-6Al-4V alloy has been converted back to the two-phase microstructure.     

熔盐电解制备钛及钛合金研究进展

熔盐直接电解钛氧化物制备金属钛及其合金的机理至今仍是研究热点,目前主要存在两种解释：一是阴极氧化物得到电子,氧离子化后进入溶液,进而在阳极以气体的形态放出,而钛留在阴极;另外,熔盐中的Ca^2＋在阴极得到电子后生成金属钙,金属钙进一步还原钛氧化物得到金属钛。本文主要就近年来围绕两种机理展开的研究进行归纳总结,并在文献和实验的基础上通过能斯特方程计算推导钒钛磁铁矿直接熔盐电解制备钛合金的可行性,为实现经济、简洁的钛合金生产提供借鉴。     

Preparation of Mg-Li-Sm alloys by electrocodeposition in molten salt

Electrocodeposition of Mg-Li-Sm alloys was investigated in molten KCl-LiCl-MgCl2-SmCl3-KF system.The effects of electrolytic temperature and cathodic current density on current efficiency were studied and optimal electrolysis parameters were obtained.The optimum electrolysis condition was a molten salt mixture of LiCl:KCl =50:50(wt.%),electrolytic temperature:660 oC,cathode current density:9.5 A/cm2 and electrolysis time of 40 min.The current efficiency reached 77.3%.X-ray diffraction(XRD) and scanning elec...     

基于霍尔-埃鲁特电解法制备铝合金技术研究进展

现代霍尔-埃鲁特(H-H)法铝电解槽规模大、工艺成熟, 利用该法电解制备铝基合金具有明显技术和经济优势. 目前国内外研究主要是在现有氟化物熔盐体系中添加多种合金元素氧化物, 合理调节电解质成分和工艺参数, 借助共电沉积和欠电位机制, 成功制备出多种铝基合金, 工业化试验亦有初步成果. 本文综合分析了上述进展及发展前景, 并指出在实现合金组成精准调控、合金产品成分均匀化、电解槽高电流效率运行等方面存在的问题, 旨在为相关研究提供参考.      

超声对熔盐电解法制备Al-7Si-Sc合金组织的影响

Al-Si系合金在现代工业、交通等领域广泛应用,合金元素钪可进一步改善其加工和使用性能.采用超声协同熔盐电解法制备Al-7S-Sc三元合金,研究探索超声作用对合金组织及强化相分布的影响.发现超声协同熔盐电解制得合金中Sc含量提高,团簇共晶硅组织和AlSi₂Sc₂相显著细化,共晶硅团簇尺寸由约500降低至200 μm,减小约60%,细化后AlSi₂Sc₂相分布均匀.超声协同电解法可显著优化Al-7Si-Sc合金组织,有助于控制改善现行工艺中合金元素偏聚、组织不均匀现象.      

熔盐电解法制备铝钙合金中的反电动势

研究了在CaCl2-CaF2纯钙盐体系中下沉式铝液槽结构熔盐电解法生产Al-Ca合金新工艺,采用连续脉冲-示波器法测定电解过程的反电动势,研究了在实验室条件下电解温度、电流密度、电解时问和极距对熔盐电解法制取铝钙合金的反电动势的影响.用熔盐电解法并采用铝阴极生产Al-Ca合金比对掺法更加节省电能,降低了Al-Ca合金的生产成本,是一种有经济价值的生产方法,有很好的发展前景.     

氟化物熔盐共电沉积制备Gd-Zr-Mg合金的研究

采用GdF3-LiF-BaF2为电解质熔体,Gd2O3、ZrO2及MgO混合氧化物为原料共电沉积Gd-Zr-Mg中间合金,考察了电解温度、阴极电流密度及混合氧化物原料中ZrO2的含量对电解电流效率及所得中间合金中Zr含量的影响.研究表明：电流效率随温度和电流密度增大均先增后减,随混合氧化物原料中ZrO2含量增大则减小;电解得Gd-Zr-Mg合金中Zr含量随电解温度和混合氧化物原料ZrO2含量的增加而增加,随阴极电流密度的增加则是先增后减,电流效率可达57%,Zr含量能达到10%～11%.     

Rare Earth Metals and Alloys by Electrolytic Methods

Fused salt electrolysis as applied to the production of reactive refractory metals is a useful process for rare earth metals preparation also. The relatively low melting point of some of the rare earth metals and many of their alloys is an advantage here. With great ingenuity, electrolytic cells have been designed and methods developed for the preparation of high melting rare earth metals also in consolidated forms, using oxide–fluoride electrolytes. Any process of rare earth metal preparation had to contend with the great reactivity of these metals not only with the atmospheric gases but also with a great variety of crucible materials as well. The development of electrolytic processes involving both the chloride medium as well as the oxide–fluoride compositions had to be guided by this factor. The search for solutions to circumvent the numerous challenges inherent in the electrolytic extraction of rare earth metals led to some interesting process development. One of them is the preparation of rare earth metals by a method involving a consumable cathode. In this an alloy is prepared first by electrolysis and the metal is then recovered by a simple non electrolytic route from the alloy. Using one or other of these three possibilities, all the rare earth metals, and many of their alloys, could be prepared by electrolytic methods. All these issues and possibilities are highlighted in this paper.