PDF《熔盐电解法制备铝锂中间合金》

15 min,使得吸 附在炭电极上的氧气消耗并使炭电极完全湿润. 2.2.2 临界电流密度 持续加大电流密度,当阳极电流密度加大到 1.0 A/cm2 以上便发生类似于铝电解槽中的阳极效应,此 时槽电压急剧升高, 电流突然降到很小, 无气泡析出, 阳极周边出现弧光放电现象且槽内发出嗡嗡声响,因 此本实验中电解的临界电流密度为 1.0 A/cm2 . 临界电 流密度大小主要与氯化物的浓度有关,随着LiCl电解 的不断消耗和挥发使得体系中的氯化物的浓度降低, 电解质液面不断降低,深入液面下的阳极面积减少导 致阳极电流密度接近临界电流密度值.当体系中氯化 物的浓度降低到一定程度时发生氟离子放电,此时电 解无法正常进行.为了避免阳极效应的频繁发生,电 解过程中需定期补充电解质尤其是LiCl,保证液面高 度和极距大小. 2.2.3 LiF-LiCl-Li2CO3系中的反电动势 当以LiF-LiCl作为支持电解质并向体系添加Li2CO3 时,电流密度对反电动势的影响如图

3 中曲线B所示. 图3电流密度与反电动势的关系 Fig.3 Relationships between current and back EMF (60%LiCl- 40%LiF, t =

680 ℃) 当向LiF-LiCl体系中添加Li2CO3之后,在相同的电 流密度下, 反电动势降低了 0.5 V左右. 这说明此时在 阳极上已不再是Cl? 放电而是由新加入的Li2CO3带入 的O2? 放电了.由于O2? 析出电位低于Cl? 的析出电位, 因此反电动势则随之降低. 2.3 电位控制法调节电解过程中Li2CO3的下料 在电解温度为

680 ℃、 阳极电流密度为 0.4 A/cm2 条件下,电解

15 min稳定后,每次按比例加入 2%的Li2CO3,测得时间与反电动势变化的加料周期曲线如 图4所示. 图4加料周期曲线 Fig.4 Period curve of material feeding 为了保证Li2CO3正常电解,防止加入Li2CO3量过 多溶解不了而使电解质发粘或电解质中Li2CO3的浓度 不足而发生其它离子放电,因此,实验中采用了电位 控制法监控反电动势的变化,根据勤加料、少加料的 原则及时补充Li2CO3.当Li2CO3分解生成Li2O和CO2 时,由于O2? 的析出电位低于Cl? 的析出电位,故在阳 极上放出的是CO2. 2O2? +C?4e→CO2 (1) 此时反电动势下降到低位.随着Li2CO3被电解逐 渐消耗,O2? 的浓度不断降低,由于在恒电流条件下电 解,则电极上反应速度是恒定的.当O2? 减少到一定程 度后,其扩散到电极表面的速度不足以供给电极反应 时,则电位稍正的Cl? 放电析出Cl2,反电动势随电极 电位升高并逐渐回升至加料前的最高值,此时需补充 加料Li2CO3.Cl2反电动势的规律变化表明了一个加料 周期.在本实验条件下,加料周期约为

15 min. 2.4 不同条件下电解铝锂合金 在680 ℃下,称取

30 g的铝块作阴极,炭阳极下 中国有色金属学报

2008 年8月1558 入电解质中

1 cm深,使其面积达到 12.5 cm2 ,分别在 不同的电流和电解时间的条件下制取一定浓度的铝锂 合金并且根据式(2)求出各自的电流效率,实验结果如 表1所列. m=KIηt (2) 式中 m 为电解出的锂的质量,g;

K 为锂的电化当量, 0.26 g/(A・h);

I 为电流,A;

η 为电流效率,%;

t 为电 解时间,h. 表1不同实验条件下电解铝锂合金的实验结果 Table1 Results of preparation of Al-Li alloy by electrolysis under different conditions Condition Sample No Current density/(A・cm?2 ) Time/h Lithium content/% Current efficiency/%

1 0.16 1.0 0.83 48.1

2 0.16 1.5 1.45 56.6

3 0.16 2.0 2.10 62.1