低价氯化钛浆料直接电化学还原制备钛铝合金新工艺研究

针对低价氯化钛(LTC)浆料熔盐电解制备钛铝合金存在的电化学行为研究不系统、合金产品的高温抗氧化特性不明晰等问题,采用电化学工作站、示差热重分析仪等手段对LTC浆料在熔盐体系中电化学行为及合金产品的高温抗氧化特性进行研究。结果表明,LTC浆料在熔盐体系中可直接电化学还原制备Ti-Al合金,且为逐级还原的历程：Ti³⁺→Ti²⁺,Al³⁺→Al,Ti³⁺/Al³⁺→Ti-Al合金和Ti²⁺→Ti;随着熔盐体系中Ti³⁺离子浓度的增加,钛铝合金的组成变化规律为:Al/Al₃Ti→Al₃Ti₂/Al₅Ti₂→AlTi/Al_0.64Ti_0.36→Al_0.64Ti_0.36/AlTi₃→AlTi₃→AlTi<...     

铝在酸性AlCl3-EMIC和AlCl3-BMIC离子液体中的阳极溶解

1-乙基-3-甲基咪唑氯盐(EMIC)和1-丁基-3-甲基咪唑氯盐(BMIC)与氯化铝(AlCl₃)形成的离子液体是电解铝用离子液体中最具有工业应用前景的2种离子液体。本文采用线性伏安、计时电流、计时电位、恒电压电解、恒电流电解等电化学实验方法对比搅拌和不搅拌条件下,铝在酸性AlCl₃-EMIC和AlCl₃-BMIC 2种离子液体中的阳极溶解,以筛选出较优的电解质体系,并探究搅拌、温度、电流密度、电位等工艺参数对电解过程的影响,为工业放大提供基础数据。     

LiCl-KCl-MgCl2熔盐体系中Li-Mg共沉积机理研究

Li-Mg合金作为锂电池负极材料在新能源领域中具有广阔的应用前景,熔盐电解法制备Li-Mg合金极具优势。本文采用三电极体系研究了Mg²⁺在LiCl-KCl-MgCl₂熔体中钨电极上的电化学行为及Li-Mg共沉积机理,探究了MgCl₂浓度对电解共沉积Li-Mg的影响。方波伏安法与计时电流法实验结果表明：Mg²⁺在钨电极上一步两电子还原为金属Mg,属于瞬时成核过程,不受温度的影响。计时电位法实验结果表明：随着MgCl₂浓度的增加,LiCl-KCl-MgCl₂熔体电解共沉积Li-Mg所需的阴极电流密度逐渐增大。当LiCl-KCl-MgCl₂熔体中MgCl₂浓度为5%时,实现Li-Mg共沉积的最小阴极电流密度为0.287 A/cm²。恒电流电解结果表明：当MgCl₂浓度≤5%时,Li-Mg产品中金属Mg含量随着熔体中MgCl₂浓度的增加而增大,当MgCl<...     

熔盐电解制备Mg-Ce中间合金电化学过程研究

通过循环伏安法(CV)、方波伏安法(SWV)和开路计时电位法(OCP)研究了温度为973 K时KCl-NaCl-CeCl₃-MgCl₂四元熔盐体系中Mg(Ⅱ)和Ce(Ⅲ)在钨电极上的电化学行为以及合金化过程。根据电化学分析的结果,以钨丝为工作电极,石墨棒为辅助电极,于-2.1 V(vs.Ag/AgCl)恒电位电解12 h制取Mg-Ce合金。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对电解所得合金的组成以及元素分布进行表征,结果表明合金的基底相为Mg₁₇Ce₂,第二相为Mg₃Ce。     

钒化合物作为钒电池电极材料的稳定性及电化学行为研究

钒化合物具有较好电化学活性,有望用于提升钒电池电极电化学活性,但目前对于钒化合物在电解液中的稳定性及电化学行为的研究有待开展。因此,本文利用E-pH图、开路电位法、循环伏安法等方法,研究了V₂O₅、VO₂、V₂O₃、NaV₂O₅、VN等钒化合物在酸性电解液中的稳定性及电化学行为。在稳定性方面,结合钒化合物的E-pH图、溶解试验以及开路电位分析,VO₂、NaV₂O₅在钒电池电解液中不稳定,会发生快速溶解;V₂O₅在钒电池电解液中相对稳定,会发生缓慢溶解;V₂O₃和VN在钒电池电解液中较稳定,仅发生少量溶解。在电化学行为方面,结合钒化合物在2.0 mol·L^-1 H₂SO₄、0.1 mol·L^-1 V...     

LiF-CaF2-BaF2-ZrO2熔盐中Zr4+在钨电极上的电化学还原机理

以LiF-CaF₂-BaF₂为熔盐体系, ZrO₂为原料, 1 373 K条件温度下利用循环伏安法, 计时电位法, 计时电流法, 研究锆离子在钨电极上的电化学过程,对不同ZrO₂含量0.5 %,0.7 %,0.9 %的熔盐体系进行电化学分析,研究结果表明:Zr4+在钨电极上还原是通过两步得电子反应, 即Zr4++2e→Zr2+,Zr2++2e→Zr,相对参比电极铂还原峰分别为0.9 V和1.2 V,析出过程是受扩散控制的准可逆反应. 1 373 K时Zr4+在LiF-CaF₂-BaF₂-ZrO₂熔盐中的扩散系数D为6.7×10-6 cm2/s.      

高温熔盐体系惰性阳极与月壤电解制氧技术

目前,熔盐电化学冶金普遍采用炭素阳极,阳极CO₂产物是重要的碳排放源。若在高温熔盐体系中使用惰性析氧阳极,则可实现熔盐电解过程低碳排放。因此,开发适用于熔盐电解体系的惰性阳极至关重要,也是近年来国内外研究热点。本文首先综述了各种高温熔盐体系惰性阳极的研究进展,所涉及熔盐体系包括:铝电解氟化物盐、CaCl₂熔盐、碳酸盐和熔融氧化物等。另外,近年来月球开发利用受到广泛关注,太阳能驱动的月壤原位熔盐电化学制氧,将是支撑人类未来月面生存氧气需求的重要方法之一,故惰性析氧阳极不可或缺。因此,本文也简要综述了基于惰性阳极的月壤电解制氧技术。      

900℃下合成Ti-C-O固溶体的电化学行为研究

以TiC和TiO_2为原料在900℃烧结得到了与USTB钛电解工艺所用阳极原料类似的Ti-C-O固溶体,并对该固溶体在750℃NaCl-KCl熔盐体系中的电化学行为进行了研究。结果显示,该固溶体可以发生电化学溶解,钛元素以离子的形式进入熔盐中,碳元素和氧元素则以CO为主、CO_2为辅的气体形式析出。以该固溶体为阳极进行恒电流电解,最终在阴极得到了金属钛。     

NaCl-KCl-MgCl2熔盐Mg2+在钨电极上的 电化学还原机理

采用三电极在NaCl-KCl熔盐电解质体系,以MgCl₂为原料应用AUTOLAB电化学工作站分别通过循环伏安法、计时电流法、计时电位法研究了1 073 K时NaCl-KCl-MgCl₂熔盐体系中Mg2+在钨电极上的电化学还原过程.循环伏安测试结果表明:1 073 K时NaCl-KCl-MgCl₂熔盐体系中Mg2+在钨电极上的电化学还原是1步反应转移2个电子过程,电极反应受扩散控制,扩散系数为3.81×10-6 cm2/s,电极反应为Mg2++2e-→Mg.计时电位测试结果验证了循环伏安测试结果的正确性.计时电流测试数据拟合结果表明:1 073 K时NaCl-KCl-MgCl₂熔盐中Mg2+在钨电极上的电结晶是瞬时成核方式.      

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...     

微波场下的钒渣氯化动力学

研究了微波加热条件下（500～800 ℃）,AlCl₃氯化钒渣中有价金属Fe、Mn、V和Cr变温动力学。通过X射线衍射和扫描电镜能谱表征了氯化产物随时间的物相演变和形貌变化,考察了AlCl₃/钒渣的质量比和熔盐配比对氯化提取率的影响。结果表明,AlCl₃/钒渣的质量比为1.5、(NaCl-KCl)/AlCl₃熔盐质量比为1.66∶1时Fe、Mn、V和Cr的提取率最佳,分别为91.66%、92.96%、82.67%、75.82%和63.14%,微波加热30 min,5种元素的提取率达到或者超过常规加热方式6 h的氯化提取效果。通过热力学和动力学分析,橄榄石相优先于尖晶石相发生氯化反应。而且V和Cr的氯化反应速度小于Fe和Mn。Fe和Mn氯化过程为扩散控制,其非等温扩散活化能为17.02和17.10 kJ·mol?1, V和Cr在氯化过程中的限制性环节为界面化学反应,其表观活化能分别为40.00和50.92 kJ·mol?1;微波与熔盐耦合强化氯化反应的机理可以描述为扩散作用增强和局部化学反应增强。      

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.      

基于高FeO转炉渣的钢液脱磷行为

 为了研究在转炉冶炼中高FeO转炉渣条件下钢液的脱磷行为,采用双联法在某钢厂300 t脱磷转炉上展开高氧化性转炉渣脱磷工业试验。通过理论分析并结合XRD、拉曼光谱分析等手段,研究了脱磷温度、转炉渣矿相结构以及终渣成分等因素对高FeO转炉渣条件下钢液的脱磷的影响。通过热力学公式计算发现,脱磷转炉最佳理论脱磷温度约为1 675 K。对比分析了不同脱磷效果的转炉渣的矿相结构,结果表明,2CaO·SiO₂和3CaO·P₂O₅矿相结构有利于脱磷反应的进行,3CaO·SiO₂对脱磷效果的影响不明显;Si—O—Si键和[FeO₄]键特征峰面积越大,Q0和Q2单元特征峰面积越小,脱磷效果越好。最后研究了脱磷炉钢液脱磷率≥60%时终渣成分的最佳控制工艺参数,碱度R为1.05～1.30,w([FeO])为33%～37%,w([MgO])≤3.0%,w([MnO])为4.3%～5.4%。本研究可以为钢铁企业采用双联法开发超低磷钢提供理论依据和技术指导。     

氟化铵置换-EDTA络合滴定法测定三氯化钛浆液中三氯化铝

TiCl₃浆液是粗四氯化钛铝粉除V工艺中的除V试剂,其中的AlCl₃主要起催化剂作用,是影响除V试剂质量的关键因素之一。TiCl₃浆液是一种紫红色溶液,其中还含有Fe³⁺、Fe²⁺、V³⁺、V⁵⁺等有颜色的金属离子,若采用常规络合滴定法或分光光度法测量其中的AlCl₃,这些有色金属离子会产生严重干扰,无法准确判断滴定终点。实验利用氢氧化物沉淀法去除试样溶液中Ti⁴⁺、V⁵⁺、Fe³⁺等共存离子,用NH₄F置换滴定法测定试样溶液中Al。实验考察了溶液pH值对共存离子分离效果的影响,确定了滴定方式、指示剂及置换剂等实验条件。共存离子干扰试验表明,当控制测定结果相对误差不大于±2.0%时,溶液中共存离子不影响测定。方法用于测定TiCl₃浆液中AlCl₃,结果的相对标准偏差(RSD,n=8)小于3.0%;回收率为96%~102%。方法有效解决了复杂基体中Al的测定,同时也可为类似复杂基体样品其他成分分析提供参考。     

高功率锂离子电池研究进展

高功率快放型锂离子电池是目前锂离子电池领域研究的重点方向之一。为了获得具有高功率密度的锂离子电池,正极材料须具有较高的电压和较高的电子与离子导电率,正极材料主要包括高电压钴酸锂、镍锰酸锂和高电压三元材料,负极材料包括碳系材料、钛基材料和金属氧化物材料,以及为提高首效和降低负极电位而采用的预嵌锂方法,并对锂离子电池电解液用锂盐、溶剂和添加剂进行了综述。最终总结了功率密度测试方法,并对高功率锂离子电池的研究进行展望。      

温度对CaO-SiO2-Al2O3-MgO高炉渣系Al2O3活度的影响

 Al₂O₃作为熔渣中的主要组元之一,其对熔渣的冶金性能的影响尤为突出。对于高炉炼铁而言,高炉渣中Al₂O₃增加会对炼铁及脱硫造成不利影响。然而,随着中国钢铁工业的不断发展,相对低廉的高Al₂O₃进口铁矿石使用量不断攀升,使得高炉渣中Al₂O₃含量明显增加,高炉渣中Al₂O₃质量分数往往大于15%,更高的甚至大于20%。目前关于高Al₂O₃高炉渣系中Al₂O₃组元的热力学性质(例如采用参考渣法测定Al₂O₃的活度)及其对炉渣冶金性能的影响等研究鲜有报道,而温度是影响冶金熔渣冶金性能的重要热力学因素之一,因此探讨温度对冶金熔渣中Al₂O₃组元活度影响的规律不仅具有重要的研究意义,同时也为现场实践提供坚实的理论依据。采用参考渣法对1 773～1 873 K温度条件下CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO高炉渣系Al₂O₃活度进行测定,并采用Raman光谱对熔渣的结构进行检测。考察了温度对CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO高炉渣系Al₂O₃活度的影响。结果表明,随着温度的增加,熔渣中Al₂O₃的化学势降低,熔渣与铜金属熔液之间的反应向右移动来达到新的平衡,因而Al₂O₃的活度随着温度的增加逐渐降低。温度的增加使熔渣中Al₂O₃与碱性金属氧化物发生反应,使钙铝酸盐(CaO·Al₂O₃和CaO·2Al₂O₃)和镁铝酸盐(MgO·Al₂O₃)等复合物生成量增加,此时熔渣的结构由于O2-的增加而逐渐发生解聚,熔渣中的自由Al₂O₃减少,从而导致Al₂O₃活度逐渐降低。     

超低碳IF钢脱氧合金化过程中夹杂物的行为

 为深入了解超低碳IF钢在脱氧合金化过程中夹杂物的行为,用高温电阻炉开展试验模拟实际生产中铝脱氧钛合金化过程,通过密集取样,详细研究了该过程中夹杂物的转变。研究发现,加铝前,钢中夹杂物主要为球形的FeO_x;加铝后,最先生成浅灰色的球形Al₂O₃,然后向椭球形或单体块状Al₂O₃转变,随后迅速聚合形成不规则状Al₂O₃,最终聚合成簇群状Al₂O₃,整个过程大约在加铝后2 min内完成;加钛后,钢液中形成3种类型的Al-Ti复合类夹杂物,但在加钛大约4 min后便会转化为稳定的Al₂O₃相。整个脱氧合金化过程中,氧含量和夹杂物的量呈下降的趋势,钢液的洁净度逐渐提高。     

基于吸附废水中酸性湖蓝A的麦糟改性研究

为更好地去除废水中的酸性湖蓝 A,本实验分别采用 HCl、NaOH、AlCl₃ 和 CH₃COONH₄ 为改性剂对麦糟进行改性研究.结果表明,30 ℃温度条件下,用 0.8 mol/L 的 AlCl₃ 溶液处理 12 h 的改性麦糟, 对 pH 值为 3 酸性湖蓝 A 溶液有最好的吸附能力,脱色率达 98.9 %,改性麦糟的吸附量为 19.78 mg/g.并通过傅里叶变换红外光谱分析、 动力学分析研究麦糟的改性机理, 发现经 AlCl₃ 改性后的麦糟新增 N-Cl、C-Cl 等活泼基团,增强了麦糟的吸附能力,且吸附过程符合准二级动力学模型.      

Nd(III)在NaF-KF熔盐钨电极上电化学行为

钕铁硼磁体中稀土元素钕占据较大比重,从钕铁硼废料回收稀土有重大意义。为进一步了解钕在高温下氟化物熔盐的行为,本文在1 063 K采用NaF-KF(摩尔比2:3)电解质体系,加入质量分数为1%的NdF₃,以Pt为参比电极,钨棒为对电极,用循环伏安法等电化学暂态测试研究了Nd(III)在惰性钨电极上的电化学过程,探究Nd(III)的还原机理。结果显示:Nd(III)于NaF-KF-NdF₃熔盐中在惰性钨电极上的电化学还原过程是受扩散控制的不可逆的一步反应:Nd(III)+3e-=Nd,1 063 K时循环伏安法得到Nd(III)的扩散系数为2.107×10-5 cm2/s,钕的成核机制为瞬时成核。