PDF《熔盐电解法制备铝锂中间合金》

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2008 年8月1556 也应用于其它铝基合金的制备过程,如熔盐电解法制 取铝锶合金、铝钪合金等[12?13] .以Li2CO3为原料代替 LiCl进行电解不仅减轻了阳极气体对环境的污染,更 降低了能耗和生产成本.本文作者采用连续脉冲-计 算机法研究在LiF-LiCl电解质体系中,以Li2CO3为原 料,以石墨做阳极,铝液作阴极,熔盐电解法制取铝 锂合金的工艺过程,同时着重对电解过程的影响因素 如反电动势、 电流效率和合金浓度等进行了深入探讨.

1 实验 1.1 实验装置 实验中所用电解槽结构如图

1 所示,为使侧壁绝 缘,将底部开孔的刚玉内衬套在石墨坩埚中,以带有 瓷保护套管的石墨做阳极,覆盖住底孔的铝液作为阴 极,温度由 DWT?702 精密温度自动控温装置控制, 精度在±0.5 ℃,控温范围在 0~1

000 ℃. 图1电解槽简图 Fig.1 Configuration of electrolytic bath: 1― Iron outer with guide rod;

2―Anode guide rod;

3―Ceramic protection sleeve;

4―Graphite anode;

5―Graphite crucible;

6―Electrolyte;

7―Insulated sleeve;

8―Aluminum liquid 1.2 电解测试装置―熔盐电解监控仪 采用自行研制的熔盐电解监控仪测量电解过程中 的反电动势,其原理与文献[14?15]相似,在连续脉冲 示波器法的基础上,使计算机兼备了示波器的功能. 通过计算机的测量能精确显示出熔盐电解过程中的温 度、反电动势、槽电压、电流等主要参数,明确指示 哪种化合物分解析出,特别适用于电解槽中合金的 制备. 1.3 试剂 实验中所用氯化锂为北京化工厂生产的分析纯无 水LiCl,LiF和Li2CO3均为上海试剂三厂生产的分析纯 试剂, 所有的药品均在300 ℃的恒温电阻箱中烘干2 h 后封存待用.

2 结果与讨论 2.1 电解质的选择及温度的确定 要从电解质中电解析出锂与阴极铝液形成铝锂合 金,所选支持电解质应有较高的分解电压.由于Li+ 的 析出电位较负,很难找到更负的阳离子熔盐作为锂电 解的支持电解质.同时,为了在电解过程中不引入其 他杂质,故选用LiCl-LiF纯锂盐作为电解质,这样在 电解过程中仅有Li+ 放电析出,保证了合金纯度.加入 Li2CO3代替LiCl作为电解原料, 电解生成CO2基本无污 染且降低了槽电压,减少了能耗.由于该体系的氧化 物溶解能力有限, 所以模仿铝电解中氧化铝的勤加料、 少加料原则控制Li2CO3 的含量,在本研究中选用 LiCl60%-LiF40%作为基础电解质体系.由于LiCl易挥 发,电解期间要注意不断补充电解质.由图

2 所示的 LiCl-LiF的二元相图可知,该电解质配比下的初晶温 度在

650 ℃左右, 同时考虑到电解温度不可低于铝的 熔点 660℃,但是过高的温度又使得电解质挥发严重 及电流效率降低,因此在本研究中将电解温度定为

680 ℃. 图2LiCl-LiF 熔盐体系相图 Fig.2 Phase diagram of LiCl-LiF system 第18 卷第

8 期 李继东,等:熔盐电解法制备铝锂中间合金

1557 2.2 电流密度对反电动势的影响 2.2.1 LiCl-LiF 体系中的反电动势 所谓反 电动势 是指在电解过程中的实际分解 电压,它由理论分解电压、阳极过电压和阴极过电压 组成. ER= +η T

0 E a+ηc 在680 ℃电解LiF-LiCl体系,改变电流密度,测 得反电动势如图

3 中曲线A所示,反电动势随阳极电 流密度增加而增加.当电流为零时,此时虽无电流通 过, 但阴阳极之间仍有一定电位差, 约1.5~1.6 V之间, 此时相当于电池向外反馈出的电动势,这种现象在测 量铝电解中也曾发现[15] ,它反映了炭阳极上吸附氧时 对铝的电位.在电解初期要预先电解