PDF《LiF-MgF2-BaF2-KCl 熔盐 Mg2+在钨电极上》

第26 卷第

8 期 中国有色金属学报

2016 年8月Volume

26 Number

8 The Chinese Journal of Nonferrous Metals August

2016 文章编号:1004-0609(2016)-08-1811-06 LiF-MgF2-BaF2-KCl 熔盐 Mg2+ 在钨电极上 的电化学还原机理 杨少华,赖晓晖,王君,王浩然 (江西理工大学 冶金与化学工程学院,赣州 341000) 摘要:采用循环伏安法、计时电流法、计时电位法研究以 MgO 为原料、LiF-MgF2-BaF2-KCl 为电解质体系、温 度为

1173 K 时镁离子在钨电极上的电化学还原过程.

结果表明:镁离子在钨电极上的电化学还原是一步转移两 个电子的过程,电极反应为 Mg2+ +2e→Mg;

镁在钨电极析出过程中出现成核极化现象,析出过程是受扩散控制的 不可逆反应;

1173 K 时,Mg2+ 在熔盐中的扩散系数 D 为1.28*10?5 cm2 /s. 关键词:氧化镁;

熔盐;

电化学还原;

扩散控制 中图分类号:TF822 文献标志码:A 金属镁的生产主要有热还原法和氯化镁电解 法[1] . 热还原法能耗大、 热效率低、 环境污染严重[2?4] ;

氯化镁电解法生产流程复杂,氯化镁脱水工艺较难控 制,无水氯化镁的生产成本几乎占镁电解生产成本的 一半[5?6] . 多年来, 国内外学者试图以廉价的氧化镁为 原料,直接用于电解生产金属镁[7?10] ,由于氧化镁在 熔盐中的溶解度比较小,电解过程中频繁发生阳极效 应,电流效率不高等原因,使氧化镁电解法制备金属 镁的工艺并没有太大的突破[10?11] . 镁离子在阴极析出的电化学还原过程直接影响到 镁熔盐电解过程中的电流效率、生产能耗等主要经济 技术指标,因此,对镁电解阴极过程的研究显得尤为 重要. 刘江宁等[12] 研究温度

973 K 的NaCl-KCl- MgCl2 熔盐中镁在铂电极上的阴极行为, 认为镁先与 Pt 电极 形成合金,然后才以纯镁的形式析出,镁析出过程是 包含两个电子的受扩散过程控制的准可逆反应;

陈野 等[13] 在998 K温度的MgCl2 -KCl-NaCl-CaCl2熔盐体系 中研究了电解镁机理,认为镁离子转移两个电子在阴 极上放电析出,在电子转移步骤之前存在一前置转化 步骤 MgCl+ →Mg2+ +C1? ,并认为随着 CaCl2 含量的增 加,镁离子的析出电位逐渐负移;

石忠宁等[14] 研究

1053 K 温度下 KF-1%MgF2(质量分数)熔盐中 Mg2+ 的 电化学沉积行为,认为 Mg2+ 的还原是一步两电子反 应,其还原过程受扩散控制. 本文作者以MgO为原料, 以LiF- MgF2-BaF2-KCl 为电解质系体系,采用电化学暂态技术,研究镁离子 在钨电极上的电化学还原过程,以期能在此基础上解 析氧化镁熔盐电解机理.

1 实验 1.1 实验试剂及装置 实验采用 MgO 为原料,13%LiF-36%MgF2-44% BaF2-7%KCl(摩尔分数)为电解质的熔盐体系.其中 MgO、LiF、MgF

2、BaF2 和KCl 均为分析纯试剂. 实验测试电极为三电极体系.工作电极为钨丝 (d 1.0 mm, 纯度 99.99%), 参比电极为铂丝(d 0.5 mm, 纯度 99.95%),辅助电极为钨棒(d

10 mm,纯度 99.99%);

三电极体系使用前,均用去离子水和丙酮清 洗并烘干. 实验采用程序升温控制仪控制电阻加热炉温度, 以三电极体系为测试电极,以AUTOLAB P30 型电化 学工作站进行测试,实验数据由计算机自动采集并进 行存储. 1.2 实验过程及方法 实验前将熔盐组分按比例混合均匀,经低温真空 基金项目:国家自然科学基金资助项目(51164013) 收稿日期:2015-09-18;

修订日期:2016-01-13 通信作者:杨少华,副教授,博士;