PDF《液态铝阴极法制备铝钙中间合金》

2 h.? 1.2? 实验过程 实验在图?1 所示的电解设备中进行,准确称取定 量的各组分电解质,混合均匀后放入坩埚中,升温熔 融电解质,待电解质熔化后,将称好的铝块加到电解 槽中央的刚玉坩埚内,待铝熔后,放下石墨电极,预热5? min?左右.调整好测量仪器给两极通电后,下降 电极,在电流为

1 A 时预电解

10 min;

待反电动势和 槽电压均稳定后进行电解.电解过程中,定期向电解 质中加入 CaO.用调压器控制电流变化,通过熔盐电 解监控仪测定某一电流密度下的反电动势和槽电压 值. 图1? 实验装置图? Fig.1? Figure?of?experimental?facility:?1―Resistance?furnace??

2 ― Substrate??

3 ― Liquid? aluminum??

4 ― Ceramic? layer?? 5―Electrolyte?? 6―Crucible?? 7―Graphite? anode?? 8―Steel? casing?? 9―Furnace? cover?? 10―Support?? 11―Lifting? device?? 12―Molybdenum?wire??13―Thermocouple??14―Temperature? controller? 2? 结果与讨论? 2.1? 临界电流密度的变化规律 在740 ℃、 阳极面积为1.57?cm? 2? 时电解CaF2?CaCl2? 熔盐体系.研究发现,随着电流密度的增加,反电动 势最初增加很快.当电流达到 4?A 时,槽电压急剧升 高,电流突然降到很低,无气泡析出,阳极周边出现 弧光放电现象, 这是因为电解过程中产生了阳极效应, 此时的电流密度即临界电流密度为 2.548 A/cm? 2? .? 2.2? 电流密度对反电动势的影响 在740?℃电解 CaCl2?CaF2?熔盐体系,测得反电动 势?电流密度曲线和槽电压?电流密度曲线如图? 2? 所示.分析可知,反电动势和槽电压均随阳极电流增加 而增加,但当电流密度超过 0.3 A/cm? 2? 以后, 反电动势 和槽电压增长趋势减缓,最终趋于平稳. 图2? 反电动势―电流密度与槽电压―电流密度关系曲线? Fig.2? Relationship? curves? of? back? electromotive? force? (BEMF) ― current? density? and? cell? voltage(CV) ― current? density? 图?3?所示为电解进行?3? h?后测得的反电动势与开 始电解时的反电动势对比曲线.从图 3?可以看出,随 着电解的不断进行,反电动势值整体上有所提高.这 是因为反应刚开始时是铝液作阴极,对应的反电动势 值是相对铝的电极电位,而随着电解的深入进行,不 断析出的金属钙扩散到铝液中,此时是铝钙合金作阴 极,对应的电位也越来越负,所以反电动势值偏高. 第?21?卷第?9?期 王一雍,等:液态铝阴极法制备铝钙中间合金? 2267? 图3? 不同电解阶段反电动势对比曲线? Fig.3? Comparison? curves? of? BEMF? at? different? electrolysis? stage? 2.3? CaO 添加量对反电动势的影响 在5A的电流下电解时,当向 CaCl2?CaF2?熔盐体 系中添加 1%(质量分数)的CaO 后, 反电动势从 3.09 V? 下降到 2.53?V,通过熔盐电解监仪记录波形变化如图? 4?所示.由图?4?可知,加料后电解波形明显下移,此 时测得的槽内实际分解电压接近 CaO 理论分解电压. 这说明当向 CaCl2?CaF2?熔盐体系中添加 CaO 之后, 阳 极上已不再是?Cl? ?? 放电,而是由新加入的?CaO?带入的? O? 2?? 放电.由于? O? 2?? 析出电位低于? Cl? ?? 的析出电位,因 此反电动势随之降低. 图4? 加入 CaO 对电解波形的影响? Fig.4? Effect?of?CaO?addition?on electrolysis?wave? 2.4? 电解时间对反电动势的影响 在? 740? ℃、5? A? 电流下加入? 1%CaO? 持续电解? CaCl2?CaF2? 熔盐体系,测量反电动势随时间的变化关 系如图 5? 所示. 从图

5 可以看出, 该曲线有两个平台, 第一个平台对应着电解 CaO?放出?O2,随着?CaO?的不 断消耗,电解质中? O? 2?? 的浓度越来越低,电解逐渐向? Cl? ?? 放电过渡,到第二个平台即为氯化物电解,此时析 出产物为氯气. 图5? 反电动势―电解时间关系曲线? Fig.5? Relationship? curve? between? BEMF? and? electrolysis? time? 2.5? 加料周期对反电动势的影响 在电解温度为 740?℃、电流为 1?A、CaO 添加量 为?1%的条件下电解?10? min,待电解过程稳定后,测 得加料周期与反电动势变化关系如图