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华东理工大学学报（自然科学版） 2022年第4期48卷 456-466页

作者：杨博路贵民华东理工大学国家盐湖资源综合利用工程技术研究中心上海200237

采用第一性原理计算、机器学习以及经典分子动力学模拟联用的方法对K_(2)CO_(3)和Na_(2)CO_(3)熔融状态下的结构和性质进行计算,计算结果表明,K_(2)CO_(3)的能量(单位原子能量之和,余同)与受力的均方根误差分别为8.62×10^(−4)eV和4.67... 详细信息

采用第一性原理计算、机器学习以及经典分子动力学模拟联用的方法对K_(2)CO_(3)和Na_(2)CO_(3)熔融状态下的结构和性质进行计算,计算结果表明,K_(2)CO_(3)的能量(单位原子能量之和,余同)与受力的均方根误差分别为8.62×10^(−4)eV和4.67×10^(8)eV/m;Na_(2)CO_(3)的能量与受力的均方根误差分别为1.19×10^(−3)eV和5.31×10^(8)eV/m,计算值与文献值吻合较好。K_(2)CO_(3)的密度、比热容和热导率的计算偏差分别约为5.0%、3.3%和8.0%,Na_(2)CO_(3)的密度、比热容和热导率的计算偏差分别约为5.6%、6.0%和3.5%。

关键词：离子结构熔盐性质分子动力学碳酸熔盐

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热电还原法制备铝钪合金的研究

热电还原法制备铝钪合金的研究

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作者：刘贵清东北大学

学位级别：硕士

铝钪合金材料具有重量轻、强度大、塑性高、耐高温、耐腐蚀和焊接性好等优点,在航空、航天、军工、体育器材及高科技领域中得到了广泛的应用。目前,生产铝钪合金的方法主要有对掺法、金属热还原法和熔盐电解法。其中对掺法金属烧损大,... 详细信息

铝钪合金材料具有重量轻、强度大、塑性高、耐高温、耐腐蚀和焊接性好等优点,在航空、航天、军工、体育器材及高科技领域中得到了广泛的应用。目前,生产铝钪合金的方法主要有对掺法、金属热还原法和熔盐电解法。其中对掺法金属烧损大,成本高,金属热还原法工艺复杂,熔盐电解法电流效率普遍较低。本文研究了以氧化钪为原料,在nNaF·AIF3-NaCl-KCl熔盐电解质体系中采用锶热还原与电还原相结合制备铝钪合金的工艺,并将其命名为热电还原法。研究了：nNaF·AlF3(60wt%)-NaCl(20wt%)-KCl(20wt%)体系的初晶温度、密度、电导率等熔盐物理化学性质,测定了氧化钪和氧化锶在该体系的的溶解度。结果表明,当加入0～3wt%氧化钪,初晶温度从735℃降到705℃,900℃时熔盐密度约为1.84g·cm-3,电导率从2.54S·cm-1降到2.48S·cm-1;当加入0～4wt%氧化锶,初晶温度从735℃降到682℃,900℃时密度在1.82g·cm-3左右,电导率从2.54S·cm-1降到2.35S·cm"1。冰晶石的分子比越小,温度越高,氧化钪和氧化锶的溶解度越大。采用热力学方法分析计算了热电还原过程中可能发生的各类反应。结果表明,在900℃下,锶可以在铝熔体中还原Sc2O3,采用活性阳极(石墨)时Sc2O3的理论分解电压高于SrO。进行了热还原和电解实验,证实了在铝熔体中锶能够还原Sc2O3,正常电解时,先电解还原电解质中溶解的SrO,然后金属Sr还原Sc2O3,同时也存在Sc2O3直接得到电子生成Sc的过程。熔盐体系的循环伏安实验表明在以铝液为参比电极时,熔盐中锶比钪优先析出。热电还原制备铝钪合金的工艺研究结果表明,铝钪合金中钪含量与冰晶石的分子比成反比,并随着电解温度的升高及电解时间的延长而升高。确定了最佳的热电还原工艺参数：槽电压2.5V,冰晶石分子比2.2,电解温度900℃,电解时间60min。

关键词：热电还原熔盐性质铝钪合金氧化钪电化学

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熔盐电解法制备Cu-Mg中间合金工艺及机理研究

熔盐电解法制备Cu-Mg中间合金工艺及机理研究

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作者：赖晓晖江西理工大学

学位级别：硕士

铜镁合金是铜合金材料中具有代表性的高强高导合金,在电子通讯、交通运输等领域具有广泛的运用。本文研究以MgO为原料,LiF-MgF-BaF-KCl为支持电解质,纯铜棒作为阴极,通过熔盐电解法制备Cu-Mg合金。研究熔盐体系的物理化学性质和电解工... 详细信息

铜镁合金是铜合金材料中具有代表性的高强高导合金,在电子通讯、交通运输等领域具有广泛的运用。本文研究以MgO为原料,LiF-MgF-BaF-KCl为支持电解质,纯铜棒作为阴极,通过熔盐电解法制备Cu-Mg合金。研究熔盐体系的物理化学性质和电解工艺过程,并运用XRD、SEM检测方法对合金的成分、形貌进行分析,同时采用循环伏安曲线法、计时电流法等多种电化学测试方法,探究Mg在该熔盐体系中的电化学行为。对LiF-MgF-BaF-MgO熔盐体系物理化学性质测试,研究结果表明,随着温度的升高,熔盐电导率增大,而密度呈线性减小,并且粘度也随着温度升高而降低。当温度较低时,粘度随温度的升高而明显降低,进一步升高温度,粘度降低趋势变得平缓。电导率和密度随体系中MgO含量的增加呈现先增大后减小的趋势,当温度为1233K、MgO含量为1.5wt%时,电导率和密度达到最大值;粘度随MgO含量的增加呈现先降低后升高趋势,体系中MgO含量过高对熔盐粘度具有很大的影响。另外,向LiF-MgF-BaF-MgO熔盐体系中添加适量的KCl,可提高熔盐电导率,增大熔盐密度,降低熔盐粘度。所以,LiF-MgF-BaF-KCl-MgO熔盐体系的性能要忧于LiF-MgF-BaF-MgO熔盐体系。采用钨电极对LiF-MgF-BaF-KCl-MgO熔盐体系进行电化学行为研究,结果表明,镁离子在钨电极上的电化学反应过程为一步两电子转移过程,电极反应可描述为:Mg+2e→Mg。该电极反应为准可逆反应,并且电极过程受扩散控制。通过计时电位法计算,在1233K时,Mg在电解质中的扩散系数为1.28×10cm2·s。进行电解试验,研究Cu-Mg合金的电解工艺过程。研究结果表明,槽电压随电解温度升高而降低,随阴极电流密度的增大而增大;并且电解时间持续,槽电压会增大。在1173K263K温度范围内,电解温度每升高30K,槽电压下降0.1V;阴极电流密度从0.8A·cm升高至1.4A·cm,槽电压升高0.3V左右。电解温度升高和阴极电流密度增大,都会使电流效率呈现先增大后减小的趋势,当电解温度为1233K,阴极电流密度为1.2A·cm时,电流效率最高,达到81.2%。采用极化法原理估算电解过程反电动势,得出该熔盐体系中1233K电解温度下,反电动势为2.45V。采用XRD和SEM对电解产物Cu-Mg合金进行表征分析。XRD分析结果表明,产物的物相为MgCu,并且在XRD图中没有出现单质Mg衍射峰,表明Mg全部以MgCu化合物形式存在于合金中。SEM分析结果表明,MgCu相主要以树枝状形貌分布在Cu基体中,同时,Cu基晶相中也均匀散布有小颗粒状的MgCu晶相。

关键词：铜镁合金熔盐电解熔盐性质电化学行为

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热电还原法制备金属钛的研究

热电还原法制备金属钛的研究

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作者：唐冲冲东北大学

学位级别：硕士

金属钛具有优异的物理化学性能,在航空、航天、化工及日常生活等领域具有广阔的应用前景。目前生产钛的Kroll法由于生产周期长、成本高,严重制约了金属钛的广泛应用。熔盐中直接电解还原固态Ti02制备金属钛是一种新型的钛冶炼方法,该方... 详细信息

金属钛具有优异的物理化学性能,在航空、航天、化工及日常生活等领域具有广阔的应用前景。目前生产钛的Kroll法由于生产周期长、成本高,严重制约了金属钛的广泛应用。熔盐中直接电解还原固态Ti02制备金属钛是一种新型的钛冶炼方法,该方法流程短,能耗低,具有很好的发展前景。但目前研究主要集中于CaCl2-CaO熔盐中直接电还原预成型Ti02片,存在着脱氧速率缓慢,产品残氧量高,电流效率低、背景电流较大等问题。基于以上问题,本研究利用金属锶适宜的密度及强的还原性,在SrCl2-KCl熔体中通过电还原SrO及锶热还原Ti02粉末相结合来制取金属钛,实现氯化物体系中钛的连续稳定电解。此外,针对氯化物体系易吸潮,金属溶解度高,产品易被碳污染及易析出氯气的缺点,探究了在SrF2-NaF共晶熔盐体系中直接熔盐电脱氧制取金属钛。测定了Ti02及SrO在SrCl2-KCl体系中的溶解度和熔盐体系的初晶温度及密度,结果显示Ti02在熔盐中基本不溶,随着温度的升高及SrCl2含量的增加,SrO在熔体中溶解度增大。80%SrCl2-20%KCl (wt%,下同)熔盐的初晶温度为638.1℃,800℃时SrO在其中溶解度为7.67%,熔体密度为2.515g/cm3,随温度升高及SrO的加入,熔体密度降低。 1100～1300K条件下,采用活性阳极(石墨)时各物质的理论分解电压按SrCl2、 KCl、SrO、TiO2的顺序依次降低。电化学测试表明粉末状Ti02在熔盐中难以被氧离子化电还原,锶热还原占主体;Ti02在电解过程中首先形成SrTiO3,再由SrTiO3进一步还原为TixO,最终还原为金属钛。稳定SrTiO3相及TixO中固溶氧的脱除是还原过程的控制步骤。采用底部钼片,内置刚玉套筒的石墨坩埚为电解槽,80%SrCl2-20%KCl熔盐中添加0.5%SrO,4gTiO2,电解时间5h,制得了氧含量为0.58%的金属钛,电流效率为31.13%。原料Ti02加入量过多将覆盖在阴极钼片上,导致电解缓慢,引入“流化床”理念,向熔体中通入氩气,使Ti02颗粒在熔体中悬浮,可加快电解过程。分别以片状Ti02及粉体Ti02为原料,研究了SrF2-NaF熔盐中直接电脱氧制备金属钛。研究表明,在0%-100%范围内,添加剂含量每增加10%,预成型Ti02片气孔率提升约5%。片体孔隙率是决定预成型Ti02片电解速率快慢的关键。在950℃共晶SrF2-NaF熔体中,Ti02片添加60%NH4HCO3,气孔率56.8%,3.0V电压电解6h得到了金属钛。片状Ti02按照SrTio2.6、Ti2O3、Ti2O顺序被还原,最终得到金属钛。Ti02粉末-不锈钢网状阴极由于具有较高的孔隙可促进O2-的传输,提高电解效率,电流效率由片状的16.67%提升到31.08%。

关键词： SrCl2-KCl SrF2-NaF 熔盐性质二氧化钛热电还原电化学钛

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1090K下MgCl_2-KCl-CaCl_2三元熔盐体系的密度预测

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有色金属科学与工程 2014年第4期5卷 44-48页

作者：赵飞陈志远陈洪智赵世强北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083 中冶南方工程技术有限公司武汉430223

镁电解工艺中使用的电解质需要具有合适的密度范围.MgCl2-KCl-CaCl2三元熔盐体系是镁电解质的重要基础三元系.使用了新一代溶液几何模型,预测了这一三元系在1 090 K下的密度.首先勘正了标准数据库中的MgCl2-CaCl2熔盐二元系的密度表达式... 详细信息

镁电解工艺中使用的电解质需要具有合适的密度范围.MgCl2-KCl-CaCl2三元熔盐体系是镁电解质的重要基础三元系.使用了新一代溶液几何模型,预测了这一三元系在1 090 K下的密度.首先勘正了标准数据库中的MgCl2-CaCl2熔盐二元系的密度表达式.对已知3个二元系KCl-CaCl2、MgCl2-CaCl2、KCl-MgCl2数据,采用三次式表达的Redlich-Kister关系式拟合得到了它们的超额密度函数.并计算各组分之间的相似系数.最终获得全组分范围内的三元熔盐体系密度分布图.已知成分点的实验值与预测值之间相对误差在2.21%～0.99%之间,这表明了预测结果的可靠性.

关键词：镁电解熔盐性质溶液几何模型氯化物

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