第16课-熔盐电解槽(3)
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第二篇铝电解槽
10.2 铝电解槽
10.2.1 铝电解的工作原理
• 电解质：冰晶石—氧化铝融盐， • 电流：直流电（4~22kA）； • 电解温度：950~970℃； • 电极：阴、阳极均为碳质，阴极上析出铝、而阳 极上析出
CO2（70%）和CO（30%）气体； • 电解总反应：2Al2O3(aq)+3C(s)=4Al(l)+3CO2(g)
1自焙槽
2预焙槽
1自焙阳极电解槽 （1）侧插式 （2）上插式
2预焙阳极电解槽 （1）连续式 （2）不连续式
根据下料方式又可分为中间下料和边部下料 两种槽型。
电解槽的总体结构：
电解槽是在一个钢制槽壳，内部衬以耐火砖和保温层， 压型炭块镶于槽底，作为电解槽的阴极。电流通过电 解质由炭质阴极流入炭质阳极，完成电解过程。
自焙阳极旁插棒式电解槽
1.基础：绝缘; 2. 阴极：保温、坚固、密封防氧化、底糊防 侵蚀、挡板防淌料、侧部炭糊筑坡; 3. 阳极: 铝箱、钢 质框架; 4. 上部金属结构：支柱、平台、AO料斗、阳极升 降机构、槽帘和排烟系统 5. 导电母线和绝缘设施
下料，集气排烟装置等。
阳 极 装 置
（2）阴极装置 由钢制槽壳、阴极炭块组和保温材料砌体组成。
阴极装置
（3）母线装置 包括阴极母线，阳极母线，立柱母线和槽间母线。
槽 间 母 线
氧化铝下料装置立体图
氧化铝下料装置剖面图
10.2.3.1 不连续预焙阳极电解槽
依加料方式分：边部打壳电解槽、中部打壳电解槽 阳极炭块组：阳极导杆、钢爪、炭块。 阴极装置：阴极炭块、钢质导电棒 铝母线：阳极母线、阴极母线、立柱母线. 进电方式：一端进电、双端进电
23——密封圈 24——钢壳
高二【化学(人教版)】电解池(第三课时)-课件
电解池 总结
能量 电能直接转化为化学能
电解 反应 阳极：氧化反应 阴极：还原反应
方法
是最强有力的氧化还原手段
电解池 总结
高中化学
宏观
微观
高中化学
电解池 总结
原电池
电解池
工作原理示意图
高中化学
电解池 研究变量
电解电压
电极
隔膜
电解质溶液 （或熔融电解质）
高中化学
电解时必须控制的主要生产条件
直流电源电压 两电极材料 溶液中粒子浓度 离子交换膜
高中化学
电解池工作原理Leabharlann 示意图高中化学分析电解池工作原理 的基本步骤
电源
阳极
阴极
电极反应 放电顺序
阴离子 阳离子
溶液中离子
高中化学
已知：黄铜矿经氯化物溶液浸出后的溶 液中含有一定浓度Cu2+、Na+、H+ 、Cu+、Cl-、 CuCl2- 等。
其中存在平衡：CuCl2-
Cu+ + 2Cl-
高中化学
高中化学
1. 电冶金
金属冶炼就是使矿石中的金属离子获得电子
还原成金属单质的过程：Mn+ + n e-
M
对于像钠、镁、铝这样非常活泼的金属，采 用一般的还原剂很难将它们从其化合物中还原出 来，工业上常用电解法冶炼。
1.1 工业制金属钠
高中化学
钠块放入水中
高中化学
1.1 工业制金属钠
NaCl进口
- Cl2出口 阳极：2Cl- 2e-
Cu+ - e-
Cu2+
高中化学
一定浓度Cu2+、Na+、H+ 、 Cu+、Cl-、CuCl2-
稀土火法冶金熔盐电解槽阴极设计的一些思考
83Metallurgical smelting冶金冶炼稀土火法冶金熔盐电解槽阴极设计的一些思考张家佩1，唐 焱2（1.桂林电子科技大学，广西 柳州 545616；2.桂林电子科技大学，广西 桂林 541004）摘 要：在熔盐电解槽结构中，阴极的设计至关重要，它影响着整个稀土冶炼过程，决定着生产产品的质量，本文从阴极材料的选择、阴极的形状、阴极的直径、极距、阴极在电解槽中的插入深度、阴极电流密度、阴极使用寿命的延长等方面思考阴极设计需要注意的问题。
关键词：熔盐电解槽；阴极；设计中图分类号：TF845 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2020）15-0083-2收稿日期：2020-08作者简介：张家佩，男，生于1986年，汉族，广西柳州人，在职研究生，研究方向：机械工程领域。
稀土被称为“工业维生素”或者“工业黄金”，因其优异的化学性能被广泛应用于各种领域，成为国家重要资源。
火法冶金中的熔盐电解法是目前我国目前稀土金冶金生产企业常用来生产稀土金属及其合金的主要方法。
稀土熔盐电解法工艺中，电解槽阴极是最终产生我们所需要稀土金属单质的地方。
阴极设计的好坏决定着生产成本的高低、产品质量的好坏、生产管理的效率。
1 稀土熔盐电解的工作原理稀土熔盐电解法主要是利用稀土氧化物在电解槽发生电解反应时，带电电子会在电解槽内部熔盐直接接触的电极表面及其附近不停的移动。
它的工作原理为：电解前，首先把稀土氧化物投放到熔盐电解槽中在熔盐中进行溶解，通电后，电解槽中的阴离子阳极移动，阳离子向阴极移动，并分别在阴极和阳极上生成稀土金属和二氧化碳及其他气体。
2 阴极的设计考虑因素阴极的设计应该从阴极材料的选择、阴极的形状、阴极的直径、极距、阴极在电解槽中的插入深度、阴极电流密度、阴极使用寿命的延长等方面进行思考。
2.1 阴极材料最早的时候，阴极材料曾使用过碳棒、铁棒作为阴极材料，结果均不理想。
后来，金属材料钼和钨在高温下很难和稀土金属及其卤化物发生化学反应，逐渐取代其他金属成为制作阴极材料的首选。
电解原理电解食盐水(课件PPT)
工具
第一章 化学反应与能量转化
4．电解方程式 化学方程式： 2NaCl＋2H2O=通==电==2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，
离子方程式： 2Cl－＋2H2O=通==电==2OH－＋H2↑＋Cl2↑ 。
工具
第一章 化学反应与能量转化
[开放探究] 2.用石墨棒作电极电解NaCl溶液(含酚酞)时， 阴极附近溶液为什么变红？
工具
第一章 化学反应与能量转化
用Pt电极电解足量AgNO3溶液 (1)写出电极反应式： 阴极________________；阳极______________。 (2) 电 解 离 子 方 程 式 ________________________________ ________________________________________。
种纯净物(方括号内物质)，能使溶液恢复到原来的成分和浓度的 是(双选)( )
A．AgNO3[AgNO3] C．KCl[KCl] 思路点拨：
B．NaOH[H2O] D．CuSO4[CuO]
分析电极产物 ―确―定→ 减少的元素 ―判―断→ 应加入物质
工具
第一章 化学反应与能量转化
A．4AgNO3＋2H2O=通==电==4Ag＋O2↑＋4HNO3，脱离反应体
工具
第一章 化学反应与能量转化
答案： (1)4Ag＋＋4e－―→4Ag 4OH－―→O2↑＋ 2H2O＋4e－
(2)4Ag＋＋2H2O=通==电==4Ag＋O2↑＋4H＋
工具
第一章 化学反应与能量转化
名师提醒： (1)书写电极反应式时，无论是强电解质电离 出的离子参与电极反应，还是弱电解质电离出的离子参与电极 反应，均以离子符号形式表示，且两极得、失电子数应相等。
第3节 电能转化为化学能——电解 第1课时 电解的原理-2024-2025学年高中化学选择性必修1
第3节 电能转化为化学能——电解第1课时 电解的原理【课程标准要求】1.体会化学能与电能相互转化的探究过程。
2.分析解释电解池的工作原理，能设计简单的电解池。
3.能写出电解池的电极反应式和反应方程式。
一、电解熔融氯化钠 1.电解装置图2.原理在电场作用下，熔融氯化钠中的Na ＋移向与电源负极相连的铁电极，发生的反应为2Na ＋＋2e －===2Na ，Cl －移向与电源正极相连的石墨电极，发生的反应为：2Cl－－2e －===Cl 2↑，电解熔融氯化钠制备金属钠的总反应为：2NaCl=====通电2Na ＋Cl 2↑。
【微自测】1.下列描述中，正确的画“√”，错误的画“×”。
(1)熔融的NaCl 中，Na ＋、Cl －处于自由运动状态(√)(2)电解熔融NaCl 的装置中，Na ＋向正极移动、Cl －向负极移动(×)(3)电解熔融NaCl ，阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色(×) (4)用石墨和铁作电极电解熔融NaCl ，与电源正极相连一极的电极反应式为Na ＋＋e －===Na(×) 二、电解与电解池 1.电解让直流电通过电解质溶液或熔融电解质，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫作电解。
2.电解池(1)定义：将电能转化为化学能的装置。
(2)组成：与直流电源相连的两个固体电极；电解质溶液或熔融的电解质；形成闭合回路。
(3)电极及电极反应：①阳极：与外接电源正极相连发生氧化反应的电极。
②阴极：与外接电源负极相连发生还原反应的电极。
3.原电池和电解池的异同点(1)相同点：①反应上：氧化反应和还原反应均在两极上分别进行。
②装置构成：都有电极反应物、电极材料、离子导体和电子导体。
(2)不同点：①能量转化方式：原电池是化学能转化成电能，电解池是电能转化成化学能。
②装置构成：原电池不需要外接电源，电解池需要外接直流电源。
【微自测】2.下列描述中，正确的画“√”，错误的画“×”。
铝电解槽PPT课件
到
40～ 60
复 杂 (有 焦 化产物) 9 .2
铝冶金设备—融盐电解槽
铝电解槽系列
铝电解槽系列是铝生产的单元,每一个系列都有它 额定的直流电源和电解槽数目, 系列中电解槽串联连接,直流电从整流器之正极经 铝母线送到电解槽的阳极,经电解质和铝液层流过 阴极,然后进入下一台电解槽的阳极,依次类推,从最 后一台电解槽阴极出来的电流,返回整流器的负极,
电解厂房内电解槽的配置方式有纵向排列和横向排 列两种,每一种排列方式又可分为单行排列和双行 排列, 在电解厂房中间设有氧化铝贮仓, 大型槽采用各自的自动加料装置,
铝冶设备—融盐电解槽
2.3.4 未来铝电解槽的改进
目前的铝电解槽尚存在一些问题：生产过程能量利用率较低, 电流效率不太理想,单位产品的投资费用较高,控制污染的设备 费用也很贵, 1 .原有电解槽的改造:阴极材料、阳极材料及槽内衬等的改造, 2. 新型电解槽: Grjotheim的理想槽；该槽具有一系列优点,在双 极性电解槽设计中优先采用了不耗惰阳极和可泄性或可湿润 性的耐热硬质金属阴极,
10.2.3.3 连续预焙阳极电解槽
相对于非连续式有如下特 点：
优点：无阳极残极,预焙 炭块消耗量小；阳极电流 分布均匀,故阳极消耗均 匀；生产的连续性,
缺点：阳极不能用氧化铝 保温,热损失大；炭块之 间接缝存在接触电压降, 故槽电压较高,
连续式预焙阳极电解槽简图 1-阳极炭块；2-阳极棒；3-阳极母线；4-槽壳； 5-炭块接缝；6-阴极炭块；7-阴极棒；8-保温层
铝冶金设备—融盐电解槽
作业
1 试述融盐电解的原理、特征及适用范围, 2 铝电解槽的类型有哪些 各有何优缺点 3 阳极电流密度对铝电解技术经济指标的影响如何 与哪些因素有关 4 铝母线的配置方式有几种 各适用于哪些槽型, 5 什么叫经济电流密度 其大小如何确定
40～ 60
复 杂 (有 焦 化产物) 9 .2
铝冶金设备—融盐电解槽
铝电解槽系列
铝电解槽系列是铝生产的单元,每一个系列都有它 额定的直流电源和电解槽数目, 系列中电解槽串联连接,直流电从整流器之正极经 铝母线送到电解槽的阳极,经电解质和铝液层流过 阴极,然后进入下一台电解槽的阳极,依次类推,从最 后一台电解槽阴极出来的电流,返回整流器的负极,
电解厂房内电解槽的配置方式有纵向排列和横向排 列两种,每一种排列方式又可分为单行排列和双行 排列, 在电解厂房中间设有氧化铝贮仓, 大型槽采用各自的自动加料装置,
铝冶设备—融盐电解槽
2.3.4 未来铝电解槽的改进
目前的铝电解槽尚存在一些问题：生产过程能量利用率较低, 电流效率不太理想,单位产品的投资费用较高,控制污染的设备 费用也很贵, 1 .原有电解槽的改造:阴极材料、阳极材料及槽内衬等的改造, 2. 新型电解槽: Grjotheim的理想槽；该槽具有一系列优点,在双 极性电解槽设计中优先采用了不耗惰阳极和可泄性或可湿润 性的耐热硬质金属阴极,
10.2.3.3 连续预焙阳极电解槽
相对于非连续式有如下特 点：
优点：无阳极残极,预焙 炭块消耗量小；阳极电流 分布均匀,故阳极消耗均 匀；生产的连续性,
缺点：阳极不能用氧化铝 保温,热损失大；炭块之 间接缝存在接触电压降, 故槽电压较高,
连续式预焙阳极电解槽简图 1-阳极炭块；2-阳极棒；3-阳极母线；4-槽壳； 5-炭块接缝；6-阴极炭块；7-阴极棒；8-保温层
铝冶金设备—融盐电解槽
作业
1 试述融盐电解的原理、特征及适用范围, 2 铝电解槽的类型有哪些 各有何优缺点 3 阳极电流密度对铝电解技术经济指标的影响如何 与哪些因素有关 4 铝母线的配置方式有几种 各适用于哪些槽型, 5 什么叫经济电流密度 其大小如何确定
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
第八章熔盐电解
⑵极化率 极化作用的大小可用偶极矩来表示，即正负电荷间的中心距离与电荷量之乘
积： qdE
式中：E —电场强度
—极化率，表示电场为 强1时度的偶极矩。 qd
EE 对于离子间的极化而言，
E q r2
qd dr 2 E
α的物理意义：在相邻异号离子所产生的静电场作用下，研究离子电子云层 发生变形倾向的大小。 ⑶极化力 该离子本身产生的静电场，使相邻异号离子的电子云层发生变形的能力。 显然，在离子晶体中，每一种离子都具有两种特性：极化率与极化力。这两 种特性都是离子间静电作用的结果，所以与离子半径及离子所带的电量有
例如，Al电解：Al2O3为原料， Al2O3溶于冰晶石Na3AlF6—AlF3作电解质。 RE电解：RE2O3为原料，RE2O3溶于REF3—LiF(BaF2) 作电解质。 Ta电解：Ta2O5为原料，Ta2O5溶于KTaF6—NaCl—KCl作电解质。
3、氟络盐电解 以金属的氟络盐为原料，金属的氟络盐溶解于碱金属卤化物作电解质进行电解。
例如，Zr电解：K2ZrF6为原料，K2ZrF6—NaCl(KCl)为电解质。 （Zr是战略物资，用于核工业、原子能反应堆）。
8.2 熔盐电解时对电解质的要求
为了保证熔盐电解过程能顺利进行，在阴极获得合格的阴极产品，并尽可能 地提高电解的技术经济指标（高的电流效率、低的能耗、低的原材料消耗） 及设备指标（低成本、高的经济效益），选择价廉易得，并具有理想的物 理、化学性质的电解质是十分重要的。 为了实现熔盐电解的目的，保证过程途径的畅通，获得高的经济效益，电解 质应具备以下几个方面的要求： 1、含杂量低（纯度高） ⑴尤其是正电性杂质阳离子含量尽可能低； ⑵有害阴离子含量要低，如SO42—→S →MS 以保证阴极产物的纯度。 2、低的熔点 ⑴可使电耗降低 ⑵可减弱电解质与阴极产物的相互作用 ⑶电解温度一般应比电解质熔点高50～200℃，T↓，设备材质的选择容易，
第五章 熔盐电解
3、电导率
• 4、粘度（1~10×10-3Pa.s） • 粘度与电导率如下近似关系 k 常数
k 1.8 ~ 2.8, 取决于电解质与温度。 • 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
4.3.2 室温电解铝
• 室温离子液体是由特定的阳离子和阴离子组成在室温或近 于室温下呈液态的离子化合物，又称室温熔盐。 • 在这种液体中只存在离子，没有中性分子。我们通常所知 的离子化合物在室温下一般都是固体，强大的离子键使阴、 阳离子在晶格上只能作振动，不能转动或平动，阴阳离子 之间的作用(即离子键)较强，一般具有较高的熔、沸点和 硬度如:NaCI，阴阳离子半径相似，在晶体中做最有效的紧 密堆积，每个离子只能在晶格点阵中做振动或有限的摆动， 熔点为1074.15K，由此看来离子液体通常应该在高温下存 在。
cos
g/s
e/s
e/ g
式中，
g/s
— 气相与固相的表面张力 — 熔融电解质与固相的表 面张力 — 熔融电解质与气相的表 面张力
e/s
e/g
当 g / s e / s 时，表示熔融电解质在 电极表面润湿良好； 当 g / s e / s 时，表示熔融电解质在 电极表面不润湿。
• 影响金属溶解的因素很多，应视金属和熔盐的性 质而定，一般来说，存在以下规律： • （1）温度上升时，金属溶解增加； • （2）同一金属在卤化物中的溶解度按氟化物、氯 化物、溴化物、碘化物的顺序增加； • （3）对于同一族金属，随着原子半径增加，溶解 度提高； • （4）当金属和熔盐的界面张力增加时，金属的溶 解度较小； • （5）在熔盐中加入电位更负的局外阳离子可减小 金属的溶解度。
熔盐电解
降 低了成本，且过程对环境友好。FFC 法 和 SOM 法都是通过电解氧化物来制备金 属，在原料的准备上降低了要求。
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。
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。
熔盐电解法制备金属钛PPT课件
／MSE(Molten Salt Electrolysis) 为金属热还原工艺，其实质仍是熔盐电解。 EMR槽为钛还原槽，MSE槽为还原剂生产 槽。 原料可以是TiCl4，也可以是TiO2，
精选ppt
20
2.5 EMR／MSE工艺
2.5.2 EMR／MSE工艺原理图
精选ppt
21
2.5 EMR／MSE工艺
精选ppt
8
2.3 FFC—剑桥法
2.3.2 FFC—剑桥法的原理
该方法是一个固相的电解过程，以多孔粒 状TiO2固体为阴极，碳质材料为阳极，熔 融的CaCl2为电解质。
电解时， 阴极TiO2被分解为海绵状的金属 钛和氧离子，后者溶解于电解质中并到阳 极放电析出氧气，而纯钛则留在阴极上， 海绵钛经轻度破碎研磨，再经水洗即得到 可销售的钛粉。
➢ 钛在地壳中的丰度为0．61％ ，其在地壳 中的含量在金属元素中仅次于Al、Fe、Ca、 Na、K、Mg居第七位。
➢ 钛矿的存在形式是金红石（TiO2）及钛铁 共生矿（FeO-TiO2）。
➢ 我国钛资源极为丰富，已探明的钛资源储 量近9亿t，居世界首位。攀枝花的二氧化 钛储量占全国94%，世界15%。
精选ppt
9
2.3 FFC—剑桥法
FFC—剑桥法原理如下图所示
作业温度在 900 ℃左右， 电解的槽电压 是3V。
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2.3 FFC—剑桥法
2.3.3 电化学反应 整个过程为Ti02(固)电化学脱氧的过程
还原出的纯钛留在阴极，而阳极放电析出 氧气。
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2.3 FFC—剑桥法
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2.3 FFC—剑桥法
2.3.5 FFC—剑桥法的优点
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2.5 EMR／MSE工艺
2.5.2 EMR／MSE工艺原理图
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2.5 EMR／MSE工艺
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2.3 FFC—剑桥法
2.3.2 FFC—剑桥法的原理
该方法是一个固相的电解过程，以多孔粒 状TiO2固体为阴极，碳质材料为阳极，熔 融的CaCl2为电解质。
电解时， 阴极TiO2被分解为海绵状的金属 钛和氧离子，后者溶解于电解质中并到阳 极放电析出氧气，而纯钛则留在阴极上， 海绵钛经轻度破碎研磨，再经水洗即得到 可销售的钛粉。
➢ 钛在地壳中的丰度为0．61％ ，其在地壳 中的含量在金属元素中仅次于Al、Fe、Ca、 Na、K、Mg居第七位。
➢ 钛矿的存在形式是金红石（TiO2）及钛铁 共生矿（FeO-TiO2）。
➢ 我国钛资源极为丰富，已探明的钛资源储 量近9亿t，居世界首位。攀枝花的二氧化 钛储量占全国94%，世界15%。
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2.3 FFC—剑桥法
FFC—剑桥法原理如下图所示
作业温度在 900 ℃左右， 电解的槽电压 是3V。
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2.3 FFC—剑桥法
2.3.3 电化学反应 整个过程为Ti02(固)电化学脱氧的过程
还原出的纯钛留在阴极，而阳极放电析出 氧气。
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2.3 FFC—剑桥法
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2.3 FFC—剑桥法
2.3.5 FFC—剑桥法的优点
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
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—火法冶金设备—
稀土的用途
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稀土熔盐电解：
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—火法冶金设备—
• 熔盐电解工艺是目前制取大量混合稀土金属、部分单一 轻稀土金属（除Sm外）及其合金的主要方法。 • 按电解质体系可以分为：
对于RE而言，可做电解质成分的只有碱金属或碱土 金属的氯化物，因为它们在同一熔体中的分解电压比 RECl3高，否则难以制得较纯金属。
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稀土氯化物 熔盐电解工艺流程
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10.4 稀土金属熔盐电解槽
基础知识：
一、稀土的定义
ห้องสมุดไป่ตู้
稀土就是化学元素周期表中镧系元 素—
镧（la）、铈（ce）、镨(pr)、钕(nd)、 钷(pm)、钐(sm)、铕(eu)、钆(gd)、铽(tb)、 镝(dy)、钬(ho)、铒(er)、铥(tm)、镱(yb)、 镥(lu)，以及与镧系的15个元素密切相关 的两个元素—钪（sc）和钇（y）共17种
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美国的“爱国者”导弹为何能 轻易机会苏联的“飞毛腿导 弹”？
F-22战斗机为什么能实现 超音速巡航的功能？
伊拉克战争中，为什么美 军的M1主坦克总是能最 先发现对手？
1、熔融氯化物电解： RECl3+MCl（MCl2） 2、熔融氟化物-氧化物电解： REF3+RE2O3+MF（MF2）， 如：（NdF3+LiF+Nd2O3）
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阴极反应：RE3+ + 3e- = RE 阳极反应：2Cl- - 2e- = Cl2
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稀土熔盐电解槽：
电解无水稀土氯化物的电解槽示于图4-4-1及图4-4-2。 以氧化物为原料，图4-4-6为电解制取稀 土金属的电解槽。
图4-4-1 小型上插阴极电解槽 1-瓷保护管；2-阳极导电板；3-石墨坩埚； 4-电解质；5-钼阴极；6-稀土金属；7-炉衬
3Cl- - 3e- = 3/2Cl2 总反应：RECl3 = RE + 3/2Cl2
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1875年提出。由于单纯的RECl3熔点高，黏度大，导 电性差，本身不稳定(易与空气中H2O、O2的作用)，特别 是熔融RECl3对RE金属有很高的溶解度，所以不可能用 单纯熔体( RECl3 )作电解质。
4-4-2 下插阴极电解槽 1-石墨阳极；2-耐火砖槽体；3-铁外壳； 4-电
解质；5-稀土金属；6-铁阴极；7-保温材料
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图4-4-6 高温电解槽 1-可卸顶盖；2-莫来石耐火砖；3-氧化铝砖；4-电解质结壳；5-刚玉管； 6-氧化铝粉；7-冷却水管；8-石墨坩埚；9-石墨盖；10-石墨阳极；11-钨阴极
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第十章 ——融盐电解槽
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上次课回顾
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融盐电解槽
10.1 概述 10.2 铝电解槽 10.3 镁电解槽 10.4 稀土金属融盐电解槽
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稀土元素在 化学元素周期表中的位置
镧 系
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稀 土
1.冶金工业
元 素
2.石油化工
在 工
3.玻璃工业
业 领
4.陶瓷工业
域 的
5.电光源工业
应 6.材料工业 用
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作业
10-1 试述融盐电解的原理、特征及适用范围。 10-2 铝电解槽的类型有哪些？各有何优缺点？ 10-3 阳极电流密度对铝电解技术经济指标的影响如何？
与哪些因素有关？ 10-4 铝母线的配置方式有几种？各适用于哪些槽型。 10-5 什么叫经济电流密度？其大小如何确定？ 10-6 镁电解槽有哪些类型？简述其特点。 10-7 镁铝电解槽可以通用吗？为什么？
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—火法冶金设备— 1. 稀土在冶金工业中应用量 子选23应制.很硫作择.4用备在脱.为性大钢稀：特石氧筛好稀，土水玻种油改裂、土约在中璃性裂变化汽可占玻着能加化夹催油以稀璃色的工入杂化的加土工玻、业稀物剂生入业总璃玻中形，产土陶中用璃。，态活率，瓷有量脱稀作性高可和三的色土用高。起瓷个和分1；、/釉脱3 。 橡致车这色光绿色理辐剂制械金多胶力尾方之具瓷色光以于(光片色，脱射5光源色灯性的冶可等于气面的剂、.铸有制激更中的洁有钕泽)的还色稀玻可材，好能使二金以工研净的物形，等稀造光色铁柔，颜度光玻、二可；土璃节料特、。铝氧)用业究化用；理核提土。耐等合中和减料好泽璃镨价以特)电、化于。用的量，点寿、和剂高作高领为玻铁加种7金稀、少。 ，。镁铈石近稀催很镧是是命机核铸5为温域粉璃氧入玻—方土纯釉但它稀可、油来土化大玻械对件光长节荧透)红为化氧璃8面作正和可土更将铜裂，金剂。璃性有质、0效。能光明色绿为化如%玻三化，科属。为，破使氧主(。能害量耐光好比性灯并色三钕铈陶璃个、学作稀色石可裂陶化要元高，。学、白的的带价进玻(瓷中系合家为土制调改墨并瓷物用素温改应玻发光炽光有而行璃(呈列成正汽在造新使的还做善球的应善用坩璃紫脱物(黄。滤防颖控其颜可陶机最用埚合化)。，
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稀土的用途
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• 熔盐电解工艺是目前制取大量混合稀土金属、部分单一 轻稀土金属（除Sm外）及其合金的主要方法。 • 按电解质体系可以分为：
对于RE而言，可做电解质成分的只有碱金属或碱土 金属的氯化物，因为它们在同一熔体中的分解电压比 RECl3高，否则难以制得较纯金属。
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10.4 稀土金属熔盐电解槽
基础知识：
一、稀土的定义
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稀土就是化学元素周期表中镧系元 素—
镧（la）、铈（ce）、镨(pr)、钕(nd)、 钷(pm)、钐(sm)、铕(eu)、钆(gd)、铽(tb)、 镝(dy)、钬(ho)、铒(er)、铥(tm)、镱(yb)、 镥(lu)，以及与镧系的15个元素密切相关 的两个元素—钪（sc）和钇（y）共17种
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F-22战斗机为什么能实现 超音速巡航的功能？
伊拉克战争中，为什么美 军的M1主坦克总是能最 先发现对手？
1、熔融氯化物电解： RECl3+MCl（MCl2） 2、熔融氟化物-氧化物电解： REF3+RE2O3+MF（MF2）， 如：（NdF3+LiF+Nd2O3）
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阴极反应：RE3+ + 3e- = RE 阳极反应：2Cl- - 2e- = Cl2
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稀土熔盐电解槽：
电解无水稀土氯化物的电解槽示于图4-4-1及图4-4-2。 以氧化物为原料，图4-4-6为电解制取稀 土金属的电解槽。
图4-4-1 小型上插阴极电解槽 1-瓷保护管；2-阳极导电板；3-石墨坩埚； 4-电解质；5-钼阴极；6-稀土金属；7-炉衬
3Cl- - 3e- = 3/2Cl2 总反应：RECl3 = RE + 3/2Cl2
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1875年提出。由于单纯的RECl3熔点高，黏度大，导 电性差，本身不稳定(易与空气中H2O、O2的作用)，特别 是熔融RECl3对RE金属有很高的溶解度，所以不可能用 单纯熔体( RECl3 )作电解质。
4-4-2 下插阴极电解槽 1-石墨阳极；2-耐火砖槽体；3-铁外壳； 4-电
解质；5-稀土金属；6-铁阴极；7-保温材料
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图4-4-6 高温电解槽 1-可卸顶盖；2-莫来石耐火砖；3-氧化铝砖；4-电解质结壳；5-刚玉管； 6-氧化铝粉；7-冷却水管；8-石墨坩埚；9-石墨盖；10-石墨阳极；11-钨阴极
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第十章 ——融盐电解槽
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融盐电解槽
10.1 概述 10.2 铝电解槽 10.3 镁电解槽 10.4 稀土金属融盐电解槽
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稀土元素在 化学元素周期表中的位置
镧 系
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稀 土
1.冶金工业
元 素
2.石油化工
在 工
3.玻璃工业
业 领
4.陶瓷工业
域 的
5.电光源工业
应 6.材料工业 用
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作业
10-1 试述融盐电解的原理、特征及适用范围。 10-2 铝电解槽的类型有哪些？各有何优缺点？ 10-3 阳极电流密度对铝电解技术经济指标的影响如何？
与哪些因素有关？ 10-4 铝母线的配置方式有几种？各适用于哪些槽型。 10-5 什么叫经济电流密度？其大小如何确定？ 10-6 镁电解槽有哪些类型？简述其特点。 10-7 镁铝电解槽可以通用吗？为什么？
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—火法冶金设备— 1. 稀土在冶金工业中应用量 子选23应制.很硫作择.4用备在脱.为性大钢稀：特石氧筛好稀，土水玻种油改裂、土约在中璃性裂变化汽可占玻着能加化夹催油以稀璃色的工入杂化的加土工玻、业稀物剂生入业总璃玻中形，产土陶中用璃。，态活率，瓷有量脱稀作性高可和三的色土用高。起瓷个和分1；、/釉脱3 。 橡致车这色光绿色理辐剂制械金多胶力尾方之具瓷色光以于(光片色，脱射5光源色灯性的冶可等于气面的剂、.铸有制激更中的洁有钕泽)的还色稀玻可材，好能使二金以工研净的物形，等稀造光色铁柔，颜度光玻、二可；土璃节料特、。铝氧)用业究化用；理核提土。耐等合中和减料好泽璃镨价以特)电、化于。用的量，点寿、和剂高作高领为玻铁加种7金稀、少。 ，。镁铈石近稀催很镧是是命机核铸5为温域粉璃氧入玻—方土纯釉但它稀可、油来土化大玻械对件光长节荧透)红为化氧璃8面作正和可土更将铜裂，金剂。璃性有质、0效。能光明色绿为化如%玻三化，科属。为，破使氧主(。能害量耐光好比性灯并色三钕铈陶璃个、学作稀色石可裂陶化要元高，。学、白的的带价进玻(瓷中系合家为土制调改墨并瓷物用素温改应玻发光炽光有而行璃(呈列成正汽在造新使的还做善球的应善用坩璃紫脱物(黄。滤防颖控其颜可陶机最用埚合化)。，