第7章 熔盐电解
熔盐电解法制备金属钛
03
适宜的电解时间应根据电极材 料、熔盐组成、电流密度和电 解温度等因素来确定。
04 熔盐电解法制备金属钛的 优缺点
优点
高效率
熔盐电解法是一种高效的制备金属钛的方法，能够在相 对较短的时间内生产大量的钛。
高纯度
通过熔盐电解法制备的金属钛纯度高，适用于高端制造 业和航空航天领域。
ABCD
低能耗
该方法使用的能源相对较低，有助于降低生产成本和减 少环境污染。
3
电解温度的选择通常根据熔盐的物理化学性质、 电极材料的耐热性和电解槽的设计等因素来确定。
电解电压
01
电解电压是熔盐电解法制备金属钛的另一个关键参数，它决 定了电解过程的能量消耗。
02
降低电解电压可以提高电解效率，减少能源消耗，同时降低 环境污染。
03
电解电压的选择与电极材料、熔盐组成、电流密度和电解温 度等因素有关。
优化。
应用前景
航空航天领域
钛合金具有高强度、低密度等优点，在航空航天领域有广 泛应用，熔盐电解法制备金属钛有望成为该领域的重要原 料来源。
能源领域
钛合金在高温和腐蚀性环境下具有优良的耐久性，可用于 制造核反应堆、太阳能热电站等能源设施的关键部件。
汽车工业
随着环保意识的提高，汽车工业正在寻求轻量化材料，钛 合金作为一种高性能材料，有望在汽车工业中得到广泛应 用。
电解过程
01
将电解熔盐加热至适宜的温度，并通入直流电进行电
解。
02
在电解过程中，阳极上二氧化钛发生氧化反应生成钛
离子，阴极上钛离子得到电子还原成金属钛。
03
控制电解参数如电流密度、电解温度和时间，以获得
高质量的金属钛。
金属钛的收集与处理
熔融盐电解法制备铀的工艺
汇报人：可编辑 2024-01-06
• 熔融盐电解法介绍 • 制备铀的工艺流程 • 工艺参数与优化 • 安全与环保 • 未来发展与挑战
01
熔融盐电解法介绍
熔融盐电解法的定义
熔融盐电解法是一种利用熔融盐作为 电解质，通过电解作用将原料中的有 价元素还原并沉积在阴极上的一种制 备方法。
电解质组成
总结词
电解质组成对熔融盐电解法制备铀的工艺具 有重要影响。
详细描述
电解质组成直接影响到熔融盐的物理性质、 化学性质以及与电极材料的相容性，从而影 响电极反应的进行和产物的生成。合适的电 解质组成可以促进电极反应的进行，提高产 物生成效率，同时减少副反应和腐蚀问题。 因此，选择合适的电解质组成是熔融盐电解 法制备铀工艺的关键之一。
电解压力
总结词
电解压力对熔融盐电解法制备铀的工艺具有重要影响。
详细描述
电解压力的大小直接关系到电解质的蒸汽压和电极反应的气体产物。在高压下，电解质蒸汽压增大， 可能导致电解质损失和设备腐蚀。同时，高压下电极反应产生的气体产物可能难以排出，影响电极反 应的进行。因此，选择适当的电解压力对于保持工艺稳定和产品质量至关重要。
金属铀收集
电解完成后，收集阴极上 还原出的金属铀。
盐类回收
对电解质进行回收再利用 ，减少资源浪费和环境污 染。
产物纯化
对收集到的金属铀进行纯 化处理，去除其中的杂质 ，提高其品质。
03
工艺参数与优化
电解温度
总结词
电解温度对熔融盐电解法制备铀的工艺具有重要影响。
详细描述
电解温度的高低直接影响到电解质的流动性、电极反应的速率以及产物收集的难易程度。在高温下，电解质流动 性好，电极反应速率快，但过高的温度可能导致电极材料的腐蚀和挥发。因此，选择合适的电解温度是实现高效 制备的关键。
熔盐电解制取稀土金属的基本原理
熔盐电解制取稀土金属的基本原理㈠电离现象一根电线为什么会导电，金属导电是由于金属中自由电子的定向移动传送了电荷，为什么熔融电介质也能导电呢？实践证明，固体状态氟化稀土和氟化锂、钡，基本上都不导电，而在稀土电解温度下的熔融电介质却具有良好的导电性，这因为熔融电介质能解离出一些带电荷的离子，带正电荷的阳离子Re3+和Li+，带负电荷的阴离子F-熔盐电介质就是依靠这些带正、负电荷的离子来传送电荷的。
有些物质在固体状态下并不导电，但是将它们溶于水或加热熔成熔体，它们的水溶液或熔体就可以导电。
电介质溶液和熔体能解离成带正负电荷离子的现象，叫电介质的电离，依靠离子传送电荷的物体被称为第二类导体，而靠自由电子传送电荷的物体称为第一类导体。
在电解槽里的电解质总体来看，熔体中所有正离子带有电量的总和与所有负离子带有电量的总和是相等的，所以电介质熔体保持着电中性。
在稀土电解槽内，以石墨为阳极，下插钼棒为阴极，在直流电场作用下，电解质中的阳离子Re3+就向阴极迁移，而阴离子Cl-或O--则向阳极移动，阳离子迁移到阴极表面之后，主要是Re3+在阴极上夺得电子变成稀土金属原子，这个过程可用下式表示: Re3++3e→Re，阴离子移到阳极表面之后，如Cl-离子在阳极上失去电子,并结合生成氯气，2Cl- －2e→Cl2个， 2O2- －4e→O2，2O2-+C－4e→CO2 ，O2-+ C－2e→CO失去电子的过程叫氧化过程，得到电子的过程叫还原过程。
在石墨阳极上，氧离子失去电子，被氧化成CO2 或CO，在阴极上稀土离子得到电子，被还原成金属。
离子在电极上得到或失去电子转变成不带电的原子这一过程叫离子放电，由于离子放电的结果，在阴极上出现电子不足，在阳极上出现电子过剩，在直流电外加电压的作用下，阳极上过剩的电子经过导线会流向阴极。
㈡分解电压在正常生产条件下，为什么电解的结果主要是氧化稀土被分解，在阴极上析出稀土金属，在阳极上放出CO2与CO，这是由于在电解生产的正常条件下，电介质各成份是有不同的分解电压。
金属的熔盐电解
金属的熔盐电解金属的熔盐电解是一种重要的化学过程，广泛应用于金属提取、电镀、电解制氯等领域。
在金属的熔盐电解过程中，金属离子在高温高浓度的熔盐中被还原成金属，同时在电极上发生氧化反应。
本文将从熔盐的特性、电解过程和应用领域等方面介绍金属的熔盐电解。
一、熔盐的特性熔盐是指在高温下呈液态的盐类物质。
由于熔盐具有较低的熔点和较高的电导率，使其成为金属的理想溶剂。
常用的熔盐有氯化钠、氯化钾等。
熔盐的特性决定了它能够在高温下提供足够的离子导电能力，为金属的熔盐电解提供了条件。
金属的熔盐电解是利用电流通过熔盐溶液，使金属阳极溶解，阴极析出金属的过程。
在金属的熔盐电解中，电流的作用下，金属离子在熔盐中向阴极移动，并接受电子转化为金属原子，同时在阳极上发生氧化反应，金属原子溶解成金属离子。
通过这一过程，金属离子被还原成金属，从而实现了金属的提取或电镀等目的。
三、金属的熔盐电解应用领域1. 金属提取：金属的熔盐电解是一种常用的金属提取方法。
例如，铝的生产就采用了铝熔盐电解法，通过电解氧化铝熔盐溶液，从中提取纯铝金属。
2. 电镀：金属的熔盐电解也被广泛应用于电镀行业。
通过电解金属盐溶液，将金属离子沉积在导电基材上，形成均匀且致密的金属镀层，以提高材料的防腐性和美观性。
3. 电解制氯：氯气是一种重要的化工原料，广泛应用于制药、化肥等行业。
电解氯化钠溶液是制备氯气的主要方法之一，通过熔盐电解可以高效地制备氯气和氢气。
金属的熔盐电解具有以下优点：1. 可以高效地提取金属，提高资源利用率。
例如，铝熔盐电解法相对于传统的冶炼方法，能够节约能源和原材料，降低生产成本。
2. 可以获得纯度较高的金属产品。
金属的熔盐电解可以实现对金属离子的选择性还原，从而获得纯度较高的金属产品。
3. 可以实现自动化生产。
金属的熔盐电解可以通过控制电流和电压等参数，实现对电解过程的精确控制，从而实现自动化生产。
金属的熔盐电解是一种重要的化学过程，广泛应用于金属提取、电镀、电解制氯等领域。
熔盐电解质
熔盐的微观结构
物理性质
宏观性能
决 反 映 定 组成粒子的种类 化学性质Βιβλιοθήκη 微观结构组成粒子的聚集方式
熔盐结构的学说
法拉第
提出熔盐由阴，阳离子组成的 认为在理想的混合物中，离子 在熔体中混乱地分布着，不论 它们是带正电还是带负电。
埃莎曼科
离子熔体可作统计处理
切姆金
熔盐的理想混合物可以看作是阴 离子和阳离子独立的混合物。由 于离子间的静电作用，正离子只 围绕在负离子周围，负离子也只 围绕在正离子周围。 熔盐的理想混合物可以看作是阴 离子和阳离子独立的混合物。
几种比较有名的熔盐结构模型
1 “似晶格”或“空位”模型 空穴模型
2
3
液体自由体积模型
“似晶格”或“空位”模型
晶体盐中，每个离子占据一个格子点，并在格点上 做微小振动，随着温度升高，离子振动的幅度增大 ，有些离子跳出平衡位置，留下空位，这就是所谓 的 “格点缺陷”。 “格点缺陷” 又分为两种
空穴产生的模式
相邻离子之间的位置重新排 布 单位体积内离子数目的改变 而形成的，可比拟成瑞士奶 酪
◆整个体系的离子数目是恒值，热运动使离子移动，空穴也随之漂流。在运
动中，空穴不断地形成和消灭，并且可能和别的空穴合并而成更大的空穴。
液体自由体积模型
如果熔体的总体积V内有N个粒 子，则胞腔体积为V/N。假设每 个胞腔只有一个微粒，其只在 胞腔内运动，胞腔内的自由空 间为Vf，如果粒子的体积为V0， 那么Vf= V/N- V0。对熔盐来说， 微粒就是离子。 按照这个模型，当盐熔化时体 积增大，将使胞腔的自由体积 增大，但这意味着在盐类熔解 时离子间的距离有所增加，这 与实验及大多数理论计算的结 果不相符合。 为此，考汉（Cohen）和托布 （Turnbull）又进一步提出修正 的模型，认为熔融盐的自由体 积不再平均分给各个离子，各 个离子所占的自由体积并不相 同，而且这些自由体积可以相 互转化。正在运动的胞腔产生 膨胀，而与它相邻的胞腔将被 压缩，这就产生胞腔自由体积 的起伏，最后达到无规则的分 布。
熔盐电解钛酸钙短流程制备金属钛及钛合金的
金属钛的性质与用途
金属钛的性质
金属钛具有轻质、高强度、耐腐蚀等特性，是航空、航天、医疗等领域的重要材料。
金属钛的用途
金属钛主要用于制造飞机、火箭、卫星等航空器，以及医疗器械、化工设备等领域。此外，钛合金也 是一种重要的钛基材料，具有更高的强度和更好的耐腐蚀性能，广泛应用于航空、海洋等领域。
03
熔盐电解钛酸钙制备钛合金
增加设备投入
采用先进的设备和工艺技术可以大幅提高产品质 量和产量。例如，引入现代化的熔盐电解设备和 技术可以增加产能、提高产品质量以及降低生产 成本等。
05
熔盐电解技术的前景及挑战
熔盐电解技术的优势与不足
优势
不足
高效节能：熔盐电解技术能够在较低的温度下进行，相比 传统的高温熔炼方法，具有更高的能源利用效率。
工业化应用
目前，熔盐电解技术已经在工业化生产中得到应用，特别是在钛及钛合金的生 产中。与传统的工艺相比，熔盐电解技术具有更高的生产效率和更低的成本。
熔盐电解应用领域
航空航天领域
医疗领域
由于金属钛具有优异的力学性能和耐 腐蚀性能，因此在航空航天领域得到 了广泛应用。通过熔盐电解技术制备 的金属钛及钛合金可以用于制造飞机 、火箭和卫星等高性能产品。
熔盐电解的电解质通常由多种盐类组成，这些盐类的比例 会对电解过程产生影响。通过优化电解质组成可以改善电 解效率，降低能耗和减少杂质。
优化电解电流
提高电解电流可以增加生产效率，但过高的电流可能会导 致能耗增加和电极腐蚀。因此，需要根据设备条件和生产 要求进行合理设置。
优化电极材料
电极材料的选取对熔盐电解过程的影响至关重要。通过选 用耐腐蚀、导电性能良好的电极材料可以延长电极使用寿 命，提高电解效率。
熔盐电解氧化铈相关物质的分解电压
-697.508 -210.409 -471.708
1.222
-697.052 -209.994 -461.198
1.195
-696.579 -209.581 -450.709
1.168
-696.087 -209.171 -440.240
1.141
-695.578 -208.763 -429.791
E苓 T /V
1.275 1.226 1.177 1.127 1.077 1.028 0.978
图 1 CeO2 在石墨阳极上的理论分解电压与温度的关系
由表 1、表 2 及图 1 数据可以看出，当反应温度
大于 973 K 时，在相同温度下，产物为 CO 的反应较
产物为 CO2 的反应理论分解电压小， 在 1 123 K 时
方向相反，这个电动势被称为极化电势。只有当外加
电压超过极化电势时，电解过程才能持续进行。如果
电解时不存在过电压和去极化作用， 则分解电压等
于两个平衡电位之差值：
苓
ET =φ+equ-φ-equ
（1）
苓
式 中 ，ET
为标 准 状 态 下 的 理 论 分 解 电 压 ，V；
φ+ equ
为
标 准 状 态 下 阳 极 平 衡 电 位 ，V；φe-qu 为 标 准 状 态 下 阴 极平衡电位，V。
Lin Rushan，He Hui，Ye Guoan，Tang Hongbin
（Department of Radiochemistry，China Institute of Atomic Energy，Beijing 102413，China）
Abstract：Decomposition voltage is an important basis in the exploration of electrode process and in the potential control of actual electrolysis process.The theoretical decomposition voltages of CeO2 and solvents in CeF3-LiF-MF2 （M=Ba，Ca） molten system on the graphite anode were calculated.On the graphite anode，the theoretical decomposition voltage of anode generating carbon oxides was lower and the reaction took place easily；On the inert anode，the theoretical decomposition voltages increased sequentially，in the order of cerium oxide，cerium fluoride，lithium fluoride，barium fluoride，and calcium fluoride and decomposition reaction of cerium oxide will happen firstly.The decomposition voltages of CeO2 and solvents decreased with increment of the temperature and the concentration of CeO2 in the melt，and the anode effect will occur easily when the concentration of CeO2was too low. Key words：molten salts electrolysis；fluoride；CeO2；Theoretical decomposition voltage；anode effect
熔盐电解法
熔盐电解法
熔盐电解法是一种利用高温、高压条件下熔融盐体中的离子进行
电解的方法，被广泛应用于金属加工、冶炼和纯化领域。
熔盐电解法的主要特点是使用高温高压条件下的熔融盐体作为电
解质，在常规电解法难以实现的情况下依然可以完成电解。
此外，熔
盐电解法可以实现高度纯度的金属制备，同时也能够处理粘稠、难以
分解的金属材料。
熔盐电解法在金属制备方面具有广泛的应用，如钨、铝、锂、铅、锡、钴、镍等。
其中，铝是最典型的应用之一，熔盐电解法是制备高
纯度铝的主要方法之一。
采用这种方法可以实现高效、低成本、高效
率的生产过程，同时还可以减少环境危害和资源浪费。
熔盐电解法具有高效、简便、经济、环保等优点。
虽然有一些技
术难点需要克服，但是它的应用前景依然非常广阔，被广泛用于汽车
制造业、建筑业、国防事业等领域，是促进国家经济发展和提升国家
科技实力的重要手段之一。
为了更好地发挥熔盐电解法在金属制备、冶炼和纯化方面的作用，我们需要加强对其技术研发和实践应用的投入，同时进一步完善相关
制度和政策，加大环保和节能方面的创新，以推动熔盐电解法技术的
创新和发展。
这样才能更好地促进我国金属产业的发展，同时也将为
全球金属制造业的发展做出贡献。
水溶液电解和熔盐电解资料课件
电解池的设计要点
选择适当的电解液
根据所需的电解反应，选择适合的电解液。
确定电极材料
电极材料的性质会影响电解效率，因此需要 选择合适的电极材料。
优化电流密度
电流密度过高或过低都会影响电解效率，因 此需要优化电流密度。
考虑温度和压力条件
温度和压力的变化可能会影响电解反应的进 行，因此需要考虑这些因素。
01
02
避免接触熔盐和其他危 险物质，防止烫伤和中 毒。
03
04
操作时必须穿戴防护用 品，如防护服、手套、 口罩等。
注意通风排气，防止气液电解与熔盐电解的比较
工艺特点的比较
水溶液电解
1
2
以水溶液为电解质，通过电解作用将水溶液中的 金属离子还原成金属态。
3
应用领域的比较
水溶液电解
01
02
广泛应用于金属冶炼、电池制造等领域。
例如，电解铜、电解铝等。
03
04
熔盐电解
主要应用于高温熔盐体系下的金属冶炼过 程。
05
06
例如，用于生产钠、钾、锂等轻金属。
优缺点的比较
水溶液电解
优点：工艺成熟，操作简便 ，适用于多种金属的冶炼和
电池制造。
缺点：能量密度较低，电解 过程中需要大量冷却水。
阳极和阴极
02
阳极是连接电源正极的电极，而阴极是连接电源负极的电极。
导线和电解液
03
导线连接电源和电极，而电解液则作为反应的媒介。
电解池的工作原理
电化学反应
在电解池中，电流通过电解液，在阳极和阴极上发生氧化还原反 应。
离子传输
在电流的作用下，电解液中的离子会向阳极和阴极迁移。
产物生成
第七章熔盐电解应用实例
熔盐电解应用实例8.1混合稀土氯化物电解8.2熔盐电解制取液态金属8.3熔盐电镀8.4熔盐电解精炼和电解分离a熔盐电解精炼铝b钚、铀和其他放射性金属元素的分离提纯c电解精炼熔点高而活性较大的金属: 钆的电解精炼和分离; 钛的精炼和分离d熔盐电解合金金属电沉积和电镀原理金属电沉积过程是指简单金属离子或络离子通过电化学方法在固体(导体或半导体)表面上放电还原为金属原子附着于电极表面，从而获得一金属层的过程。
电镀是金属电沉积过程的一种，它是由改变固体表面特性从而改善外观，提高耐蚀性、抗磨性，增强硬度，提供特殊的光、电、磁、热等表面性质的金属电沉积过程。
电镀不同于一般电沉积过程在于：镀层除应具有所需的机械、物理和化学性能外，还必须很好地附着于物体表面，且镀层均匀致密，孔隙率少等。
金属镀层的性能依赖于其结构，而镀层的结构又受电沉积条件等的限制：因此，为了获得所要求的镀层．必须要研究电沉积过程的规律.4.1.1 金属电沉积的基本历程和特点金属电沉积的阴极过程，一般由以下几个单元步骤串联组成：(1)液相传质: 溶液中的反应粒子，如金属水化离子向电极表面迁移。
(2)前置转化 :迁移到电极表面附近的反应粒子发生化学转化反应，如金属水化离子水化程度降低和重排；金属络离子配位数降低等。
(3)电荷传递: 反应粒子得电子、还原为吸附态金属原子。
(4)电结晶: 新生的吸附态金属原子沿电极表面扩散到适当位置(生长点)进入金属晶格生长，或与其他新生原子集聚而形成晶核并长大，从而形成晶体。
上述各个单元步骤中反应阻力最大、速度最慢的步骤则成为电沉积过程的速度控制步骤。
不同的工艺，因电沉积条件不同，其速度控制步骤也不相同。
电沉积过程实质上包括两个方面，即金属离子的阴极还原(析出金属原于)的过程和新生态金属原子在电极表面的结晶过程(电结晶)。
二者相互依存、相互影响，造成了金属电沉积过程的复杂性和不同于其他电极过程的一些待点：(1)与所有的电极过程一样，阴极过电位是电沉积过程进行的动力。
熔盐电解法生产金属讲解
金属钛的生产
Electroslag refining (ESR) process
Using an electronconductive CaF2-CaO-based molten oxide in which TiO2 dissolved
（1778-1829）
导论
• 水溶液电沉积的局限性:水溶液电解质的电 化学窗口较小，只有少数金属可从水溶液 中电沉积出来。
• 例如
– 在低活化过电位和高电流效率的情况下：Mn、 Ni、Zn、Cd、Hg、Ga、In、Tl、Pb、Ag、Au 和Sn
– 在低电流效率和高活化过电位的情况下：铂族 金属
导论
金属镁
• Electrochemical methods
• Thermal reduction methods
Overall reaction: MgCl2 →Mg + Cl2 –Anode Reaction: 2 Cl- → Cl2 + 2 e–Cathode Reaction: Mg2+ + 2 e- → Mg
高硬度
耐热冲击
金属钛的生产
• Titanium production by molten salt electrolysis
• Titanium is currently produced by the Kroll process
• Only calcium and rare earth metals can reduce the residual oxygen to less than 1,000 mass ppm
熔盐电解
谢谢
1.4电极反应
电解的实质是电能转化为化学能的过程，其理 论基础遵从电化学规律。 电解过程的阴、阳极 反应的综合。 熔盐电解符合电解质电解的一般 规律。
阴极反应
Mn++ne- → M
上式中M为金属,n为得失电子数。
阳极反应
在电沉积时常使用碳电极作为阳极,而在电解 精炼时则使用粗金属电极。
使用碳电极时,如MgCl2的电解，阳极反应可 以使氯离子放电而析出氯气：
（2）电流密度 一般说来，电流密度增 大电流效率提高，但是只能适可而止。这 是，因为电流密度过高，将会引起多种离 子共同放电，反而会降低电流效率。此外， 电流密度过高，会使熔盐过热，导线和各 接点上电压降增大，造成不必要的电能消 耗。
（3）极间距离 极间距离对电流效率的 影响，主要表现为金属产物的溶解速度与 极间距离有关。极间距离增大，使得阴极 附近溶解下来的金属向阳极区扩散的路程 加长，因而减少了金属溶解损失，而使电 流效率提高。但是，极间距增大，电解质 中电压降也增大，电能消耗增大，电解质 也可能过热。所以，必须在改善，电解质 导电，哇的情况下调整极间距离。
当在阴、阳两极加上所需的电解电压后，阴极金属氧 化物发生脱氧反应，形成氧离子，由于固体透氧膜对 阴离子的选择性，只有氧离子在电场作用下迁移透过 固体透氧膜后在阳极发生氧化反应(透氧膜管内为碳饱 和铜/锡液)。由于固体透氧膜使阴阳极有效隔离，降 低了电极极化，并且在电解过程中只允许氧离子迁移 至阳极反应，所以，电解过程中不用担心熔盐电解质 会分解，从而使得 SOM 法电解电压可以高于 FFC 电 解电压。
熔盐电解
4、表面张力 • 熔融电解质在电极表面的润湿性，对熔盐电解时的两大特殊现
象，即金属的溶解和阳极效应都有很大影响。气-液-固三相界 面上的润湿角（又称接触角）θ ，是由杨氏方程决定的，即
cos g / s
e/s
e/g
式中，
— 气相与固相的表面张力 g/s
— 熔融电解质与固相的表面张力 e/s
• 如发生阳极效应，要及时添加氧化铝，还可以将 铝液泼在阳极上，使阳极和阴极短路。
熔盐电解
1 概述 2 熔盐电解电化学基础 3 铝电解 4 熔盐电解制取高熔点金属、
合金和半导体
1 概述
• 熔盐电解一电化学方法可以制取电极电位 最负的金属（锂）和电极电位最正的非金 属（氟）。
• 熔盐电解生产铝，产量仅次于钢铁、居世 界金属产量第二位。
• 此外，还可以进行电解制取稀土、高熔点 金属、合金和半导体。
随Al2O3的含量增大而减小。
六、生产控制 1、电解液的组成、浓度
• 常见的添加剂有以下几种： • CaF2，可降低电解质的初晶点，增大电解质的铝
液界面的表面张力。
• MgF2，也可降低电解质的初晶点，并减少电解质 对碳电极的润湿性，有利于碳渣和电解质的分离， 减少电解质向碳电极内部的渗透。
• NaCl，可降低电解质的初晶点，提高电导率，但 腐蚀性强。
（1）熔点
有冰晶石和氧化铝 组成的二元系是简 单的共晶系，从图 中可以确定其共晶 点在氧化铝含量为 10~11.5%（质量 比）或 18.6~21.1%（摩 尔比）
• 铝电解的电解质往往在上述二元合金中还
加入AlF3,因而形成三元系，不仅使熔点降 低，还可以改善电解质的物理化学性质。
• （2）表面张力 • Na3AlF6-Al2O3熔盐在碳电极上的润湿角θ
熔盐电解PPT)
实验结果与讨论
SiO2还原电压：-1.25V 氧还原电压：-0.5V
（a）
SiO2:0.1M
（b）
实验结果与讨论
SiO2还原电压：-1.25V 氧还原电压：-0.45V
SiO2:0.15M
实验结果与讨论
SiO2还原电压：-0.75V 氧还原电压：-0.5V
SiO2:0.2M
实验结果与讨论
SiO2还原电压：-0.9V 氧还原电压：-0.3V
氙气光源
光响应电流 密度曲线
实验结果与讨论
❖ 光电性能检测
用-2.5V恒电位制得的硅膜试样与商业p-type多晶硅片 进行比较。
蓝色-制得的p型硅膜
红色-商业p型硅膜
实验结果与讨论
❖ SEM检测
-2.5V条件下制得的硅膜厚 度平均在10μm左右，相对 致密
-2.4V条件下制得的硅膜厚 度平均在22μm左右，相对 疏松
❖ 然而，银是比较昂贵的金属材料，寻找一种相对廉价的阴极 基体材料也势在必行。因此，本实验提出采用廉价的石墨片 为基体进行p-型硅膜的制备。
选题意义及研究内容
纳米SiO2加入到CaCl2熔盐中后， 高温条件下进行布朗运动。
碰撞到阴极，在电场的作用下失 去氧离子被还原。
硅原子形成吸附原子进入基体材 料晶格或形成新的晶核。
电位在-0.5V-0.5V有两 个还原电流峰出现，根据热 力学原理、实际的情况可以 判断在更负的电位处还原电 流为氧的还原所致。
氯化钙 800℃ 预电解（1.0V,0.5h）
实验结果与讨论
❖ 电化学测试实验
SiO2 浓度
0.1M 0.15M 0.2M 0.25M 0.3M 0.35M 0.4M 0.5M
熔盐电解法制取稀土金属
熔盐电解法制取稀土金属熔盐电解法制取稀土金属(preparation of rare earth metal by molten salt electrolysis)在直流电流作用下，含稀土熔盐电解质中的稀土离子在电解槽阴极获得电子还原成金属的稀土金属制取方法。
这是制取混合稀土金属，轻稀土金属镧、铈、镨、钕及稀土铝合金和稀土镁合金的主要工业生产方法。
有氯化物熔盐电解和氟化物熔盐电解两种方法，工业上主要采用前一种方法。
产品稀土金属的纯度一般为95％～98％，主要作为合金成分或添加剂广泛应用于冶金、机械、新材料等部门。
与金属热还原法制取稀土金属相比，此法具有成本较低、易实现生产连续化等优点。
赫里布兰德(w．Hillebrand)等人在1857年首次用稀土氯化物熔盐电解法制取稀土金属。
1940年奥地利特雷巴赫化学公司(Treibacher Chemische Werke A G )实现了熔盐电解制取混合稀土金属的工业化生产。
1973年西德戈尔德施密特公司(Th．Goldschmidt AG)以氟碳铈镧矿高温氯化制得的氯化稀土为原料，用50000A密闭电解槽电解生产稀土金属。
1902年姆斯马(W．Munthman)提出用氟化物熔盐电解法制取稀土金属。
80年代苏联采用这种熔盐电解法在24000A电解槽中电解生产稀土金属。
中国从1956年开始研究氯化物熔盐电解法，现已发展到用1000、3000和10000A电解槽电解生产混合稀土金属和镧、铈、镨等的规模。
70年代初又开始研究氟化物熔盐电解法，80年代用于金属钕的工业生产，现已扩大到3000A电解槽的生产规模。
氯化物熔盐电解以碱金属和碱土金属氯化物为电解质，以稀土氯化物为电解原料的熔盐电解方法，从阴极析出液态稀土金属，阳极析出氯气。
这种方法具有设备简单、操作方便、电解槽结构材料易于解决等特点，但也存在氯化稀土吸水性强、电流效率低等问题。
RECI3 - KCl是目前较理想的电解质体系，由于NaCI比KCI价廉，所以RECI3 - KCI - NaCl 三元系也是工业上常用的电解质体系。
熔盐电解TiO2脱氧历程及中间相形成机理研究
研究背景
VS
本研究旨在探究熔盐电解tio2脱氧历程及中间相形成机理，为优化熔盐电解过程、提高能源利用率和减少环境污染提供理论支持。
通过研究熔盐电解tio2脱氧历程及中间相形成机理，可以深入了解熔盐电解过程的物理和化学规律，为开发新型的熔盐电解工艺和优化控制方法提供理论依据。同时，本研究还可以为其他类似体系的熔盐电解过程提供参考和借鉴。
研究意义
02
熔盐电解tio2脱氧历程研究
熔盐电解定义
熔盐电解是一种将电能转化为化学能的过程，通过在高温下电解熔融的盐来产生化学反应，从而制备所需的化学物质或金属。
中间相结构与性能关系
04
实验方法及过程
本实验采用二氧化钛（TiO2）粉末，纯度为99.99%。
材料
将TiO2粉末与熔盐电解质（NaCl-KCl）混合，在高温下进行熔盐电解实验。
方法
实验材料与方法
实验过程
将混合好的TiO2与熔盐电解质放入电解槽中，保持恒温（约900℃），通过直流电源进行电解。
数据分析
研究的不足之处
本研究仍存在一些不足之处，例如未考虑不同种类熔盐对脱氧效果的影响。未来研究可以进一步探讨不同熔盐体系对Tio2脱氧过程的影响。
结果对比与讨论
06
结论与展望
熔盐电解tio2脱氧历程研究的重要发现
熔盐电解tio2脱氧的机理
中间相的形成对脱氧效果的影响
研究结论总结
研究不足
目前的研究还存在一些不足之处，例如对熔盐电解tio2脱氧过程中的反应动力学和热力学机制尚未完全掌握，同时对中间相的形成和性质也需要进一步深入研究。
氮氧化物 熔盐电解
氮氧化物熔盐电解氮氧化物是一类含有氮和氧元素的化合物，它们可以在自然环境中产生，也可以由人类活动排放。
氮氧化物有重要的环境和健康影响，因此需要采取措施来减少它们的排放。
熔盐电解技术是一种可行的方法，可以将氮氧化物还原为氮气和水，同时生成电能。
熔盐电解技术是一种基于熔盐电导性的化学反应方法。
在该过程中，电流通过盐熔体，使得金属离子或气体离子被还原或氧化。
通过调节电场和反应温度，可以实现不同种类的化学反应，例如无机化合物的还原和合成，或是有机物的电解。
对于氮氧化物的还原，需要选择适当的熔盐和电场条件。
在熔盐电解中，氮氧化物被还原为氮气和水。
这个过程涉及到两个反应：首先，氮氧化物在阳极上被氧化为氧气和氮氧化物离子（NO2-）。
然后，氮氧化物离子在阴极上被还原为氮气和水。
整个反应可以写作：2 NO2-（aq）+ 2 H2O（l）→ N2（g）+ 4 OH-（aq）通过这个反应，氮氧化物的排放可以被减少，并可同时获得电能。
此外，该过程还可以生成氢气和氧气，这些气体可以用于能源生产或工业用途。
熔盐电解技术有一些优点。
首先，熔盐电解可以在较低温度下进行，因此它不需要像其他技术一样需要高温。
其次，它具有高效的电化学反应速度，因此可以快速处理大量的氮氧化物。
此外，熔盐电解还可以采用可再生能源作为能源输入，从而实现零排放的氮氧化物还原。
总之，熔盐电解技术是一种可行的方法，可以减少氮氧化物的排放，并获得能源输出。
该技术仍需要进一步的研究和开发，以优化电解反应的效率和经济性，并实现工业应用。
熔盐电解技术
熔盐电解技术熔盐电解技术是一种在高温下使用熔融盐作为电解质的电化学方法。
它具有许多独特的特点和广泛的应用领域。
本文将从熔盐电解技术的定义、原理、应用以及优缺点等方面进行详细介绍。
一、熔盐电解技术的定义熔盐电解技术是指在高温下，将固态或液态电解质溶解于熔融的盐中，通过电流作用使其发生电解反应的一种电化学方法。
熔盐电解技术广泛应用于金属提取、化学制品生产、能源储存等领域。
熔盐电解技术的原理是利用高温下的熔融盐作为电解质，通过加热使其达到熔融状态。
在此基础上，加入被电解物质（通常为固体或液体）形成熔盐体系。
然后，通过外加电压或电流，促使电解质中的正负离子分别向阴阳极移动，进行氧化还原反应，从而实现物质的电解。
三、熔盐电解技术的应用1. 金属提取：熔盐电解技术在金属提取领域有着广泛的应用。
例如，铝的生产就是采用熔盐电解技术。
通过将铝矾土溶解在熔融的铝矾盐中，然后施加电流，将铝离子还原为金属铝。
这种方法具有高效、节能的优势。
2. 化学制品生产：熔盐电解技术在化学制品生产中也有重要应用。
例如，氯碱工业中的氯气和氢气的制备就是采用熔盐电解方法。
通过将氯化钠或氯化钾等盐类在熔融的盐中进行电解，可以得到氯气和氢气，用于合成化学制品。
3. 能源储存：熔盐电解技术还可以用于能源储存，例如熔盐储能系统。
这种系统利用电能将熔盐加热至高温状态，并将其储存在隔热容器中。
当需要释放储能时，通过将熔盐引入热交换器中，使其热能转化为电能。
这种系统可以实现高效、可靠的能源储存。
四、熔盐电解技术的优缺点1. 优点：（1）高温下的熔融盐具有良好的导电性，可以实现高效的电解反应。
（2）熔盐电解技术适用于多种材料的电解，具有广泛的应用范围。
（3）熔盐电解技术可以实现高纯度的产物，有利于提高产品质量。
（4）熔盐电解技术可以实现连续生产，提高生产效率。
2. 缺点：（1）熔盐电解技术需要高温条件，能耗较高。
（2）熔盐电解技术所需的设备成本较高，投资较大。
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7.1 概述
二、熔盐电化学的特点
（1）虽然熔盐也属于第二类导体，但其形成条件和 状态、结构都和水溶液大不相同。
（2）熔盐电解过程一般都在高温下进行，因此导致 熔盐电极过程在热力学及动力学方面都具有特点。 熔盐中，电极过程的分步骤都具有很高的速度，因 此电解可以采用很高的电流密度，达到105A/m2。 （3）同样是因为高温，产生了熔盐中金属与熔盐的 相互作用，导致金属的溶解，高温还会对电化学反 应器的材料和结构提出更高的要求。
粘度与密度一样，是熔盐的一种特性。粘度与熔盐及其混 合熔体的组成和结构有一定关系。粘度大而流动性差的熔盐 电解质不适合于金属的熔盐电解，这是因为在这种熔体当中， 金属液体将与熔盐搅和而难于从盐相中分离出来。此外，粘 滞的熔盐电解质的电导往往比较小。因此，在熔盐电解中， 需选择熔盐成份，使其粘度小流动性好，可保证熔盐电解质 导电良好并能保证金属、气体和熔盐的良好分离。
7.2 熔盐电解电化学基础 一、熔盐的结构
熔盐即盐类的熔体，主要由阳离子和阴离子构成，
由于热作用，由电解质熔融形成。
熔盐的“准晶格模型” 熔盐的结构介于固态与气态之间，并更接近于 固态，具有“近程有序，远程无序”的特点。 关于熔盐的结构模型有“空穴模型”、“细胞模 型”、“自由体积模型”等，但都不完整。
7.2 熔盐电解电化学基础 三、熔盐电化学热力学的特点
2、由于熔盐温度高，温度变化的区间大，电极电 位变化范围大，甚至可能导致相互位置的变化。 3、电极电位测量比较困难，缺少通用的参比电 极，因而不易确定共同的电极电位标度，所得的 数据也较难比较。
7.2 熔盐电解电化学基础 四、熔盐电极反应的特点
第七章 熔盐电解
7.1 概述 7.2 熔盐电解电化学基础 7.3 铝电解 7.4 镁的熔盐电解 7.5 碱金属的熔盐电解
7.1 概述
一、熔盐电解冶金的应用 熔盐电解—电化学方法可以制取电极电位 最负的金属（锂）和电极电位最正的非金 属（氟）。 熔盐电解生产铝，产量仅次于钢铁、居世 界金属产量第二位。 此外，还可以进行电解制取稀土、高熔点 金属、合金和半导体。
7.2 熔盐电解电化学基础 二、熔盐电解质的物理化学性质
1、熔点 熔点决定熔盐电解温度 采用多种电解质组成低共熔系，使熔点下降 的方法，在熔盐电解中得到了普遍的应用。
1. 冰晶石：1010℃；
2. 金属铝：650 ℃； 3. 氧化铝：2050 ℃；
电解温度： 950 ℃
7.2 熔盐电解电化学基础
7.2 熔盐电解电化学基础
6、蒸汽压
温度升高，蒸汽压大，熔盐易挥发，即引起 熔盐的损失，且造成生产车间的大气污染。熔 盐组成和结构对其蒸汽压的影响也很大。
7.2 熔盐电解电化学基础 三、熔盐电化学热力学的特点
电化学热力学的任务是要判断电化学反应进 行的方向、可能性及能量效应。电动势和电极 电位是电化学热力学的两个基本问题。 1、由于熔盐不可能找到一种通用的熔剂，难以建 立一个通用的电位序。 多种熔盐在不同的熔剂中，可能具有不同的 电位序，即具有不同的氧化还原趋势。
若接触角大于90°，cos 若接触角小于90°，cos
0 ,说明液体不
能润湿固体，如汞在玻璃表面；
0
,液体能润湿
固体，如水在洁净的玻璃表面。
7.2 熔盐电解电化学基础
s g l s cos lg
s g l s s g l s
1.电化学极化很少，高温下，电子转移速度高。
2.浓差极化很小，由于高温下离子运动快。
3.阴极过程为阴极金属还原时，由于高温熔盐电解时
通常生成液态金属，因此结晶过电位也几乎不存在。
4.由于高温，熔盐化学性质活泼，容易发生多种副反应。
5.高温下电解质往往对电极材料有腐蚀破坏作用。
7.2 熔盐电解电化学基础 五、熔盐电解的基本规律
熔盐电解符合电解质电解的一般规律，利用 熔盐制取金属的过程中，金属的沉积发生在阴极 上，阳极一般选择导电性好且不熔于熔盐或金属 的材料——碳制材料。 阴极反应一般表现为：金属离子得到电子转 化为金属原子，如 2Al3++6e=2Al
Mg2++2e=Mg
7.2 熔盐电解电化学基础
阳极反应比较复杂，有可能表现为多元反应。
2、密度
熔盐电解时，产物往往也是液态金属，因此 熔融电解质的密度关系电解质与产物的分离，希 望二者密度不同，自然分离。 如电解铝时，电解质密度为2.08g/cm3，而液态 铝为2.3g/cm3，液态铝沉于槽底。 熔盐电解质的密度随着温度上升而下降， 可以近似计算：
ρt＝ρ0＋α（T-T0）
电阻温 度系数
接近熔点 时的密度
7.2 熔盐电解电化学基础
3、电导率 提高电导率，以降低槽压及能耗。
熔盐电导取决于其电解质的本性，即组成、结构、离
子特性（电荷及在电场中的运动速度）、熔盐温度。
采用添加剂改变电导率。
粘度大，电导率小。
7.2 熔盐电解电化学基础
4、粘度 粘度影响熔融中各种传递过程，如传质、动量传 递、析气效应，在生产上它关系到熔融金属的流动 和聚集，固体物料的添加、沉降速度。 T升高，η下降。
7.2 熔盐电解电化学基础
5、表面张力 熔融电解质在电极表面的润湿性，对熔盐电解 时的两大特殊现象，即金属的溶解和阳极效应都 有很大影响。气-液-固三相界面上的润湿角（又 称接触角）θ，是由杨氏方程决定的，即
s g l s cos lg
sg l s lg
7.2 熔盐电解电化学基础
一切使 s l 减小的因素都可能导致cos 增大。即 润湿角减小，即电解质在电极表面的润湿性改善。 ������ 反之，电解质在电极表面的润湿性变差。因而 在电极表面生成的气体更易粘附在其表面，形成气膜， 促使阳极效应的产生。 ������ 对阳极，希望电解质在电极表面有良好的润湿 性，以防止形成“气泡帘”。 ������ 对阴极，如果析出是液态金属而非气体析出， 则希望液态金属在电极表面良好的铺展开，不希望电 解质在电极表面的润湿性好。