熔盐电解
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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。
图一FFC法电解池示意图
该方法具有工艺流程短、简单快捷、生产 成本低、环境污染小等优点。FFC 法出 现后逐渐发展并广泛用于 Cr、Ni 等金属 及合金制备的研究工作中。
FFC 法仍存在问题亟待解决：其一是电流效率低， 由于该方法中使用石墨做阳极，石墨的烧蚀使得 电解过程中副作用加剧，甚至导致电流短路；其
二.应用
熔盐电解对有色金属冶炼 来说具有特别 重要的意义，在制取轻金属冶炼中，熔盐 电解不仅是基本的工业生产方法，也是唯 一的方法。如镁、铝、钙、锂、钠等金属 的，都是用熔盐电解法制得的，铝、镁的 熔盐电解已形成大规模工业生产。
许多稀有金属如铌、锆、钛也可用熔盐电 解法制得。
许多的金属合金也可通过熔盐电解法制得。 如稀土合金，镁锂和镁锆合金等。像熔盐 电解法已用于工业生产稀土-铁和稀土镁合 金。
三.发展
近十多年来，研究者们将目光关注在熔盐 电解新方法的开发上，其中最为典型的新 方法就FFC 法和SOM 法。
3.1 FFC 剑桥法(FFC Cambridge process)
以熔盐电解法制备海绵钛的研究为背景，2000 年剑 桥大学首先提出 FFC 法，即氧化钛直接电解提取金 属钛法。该方法将 TiO2粉末压制成块直接做阴极，石 墨为阳极，熔融 CaCl2作为电解质，在 800~1000 ℃， 外加电压为 2.8~3.2V的条件下进行电解。当有电流通 过时，TiO2阴极的氧逐渐离子化形成氧离子，在外加 电场的作用下，氧离子迁移至阳极与碳发生氧化反应， 生成CO2或 CO 析出；而阴极的氧化钛由于失氧被还 原生成海绵状的金属钛其结构与 Kroll 法制得的海绵 钛基本一样。FFC 法电解池装置如图1所示。
（4）电解槽结构 电解槽内的结构直接 影响到电解质在槽内的循环对流情况，影 响到阳极气体是否易从槽内排出，影响到 阳极气体是否易与阴极产物发生作用，还 影响到槽内温度、电解质浓度的均匀性， 因此对电流效率有很大影响。实践中研究 合理的电解槽结构（槽型）是提高电流效 率及其它指标的重要途径。
（5）电解质组成 体系的一系列物理化 学、电化学性质，如密度、粘度、表面 张力、金属的溶解度、电导、离子迁移 性等等，都与电解质组成有关。所以改 变电解质组成必然影响电流效率。
2Cl-→Cl2↑+2e也可以是碳与氧的化合,如Al2O3在冰晶石熔 体中的电解，生成CO或CO2：
2O2-+C→CO2↑+4e-
在电解精炼中，粗金属作为阳极，其反应 为：
M→Mn++ne-
电极电势较被提取金属为正的杂质将不溶 解，而电极电势较被提取金属为负的杂质， 虽溶解于熔盐内，但不能在阴极析出，从 而起到提纯的作用。
1.3影响电流效率的因素
（1）温度 温度过高，电流效率会降低。这是 由于温度升高，增加了金属在电解质中的溶解度， 加速了阴、阳极产物扩散，加剧了金属低价化合 物的挥发等。但温度又不能过低，因为温度过低 又会使电解质粘度升高，而使金属的机械损失增 大。为了降低电解温度，同时保持电解质流动性 良好，实际电解时常在体系中加入熔点较低的添 加剂。如镁电解中所采用的电解质体系通常是四 元系MgCl2—KCl—NaCl - CaCl2。
图二 （a）SOM电解池示意图（b）SOM原理示意图
SOM 法电解过程可以有潜力实现在阳极直 接生成氧气，或在通入氢气的条件下生成 水，从而使得整个电解过程对环境是友好 的，这也是 SOM 法被称为“绿色方法”的原 因之一。
3.3 FFC 法与 SOM 法的意义
一是降低了熔剂选择的苛刻条件。对 FFC 法 而言，其打破了“熔质在熔剂中的熔解度大”和 “熔剂的熔点略高于产物金属的熔点”的限制。 SOM 法在 FFC 法基础上打破了“熔剂中不许含 有析出电位比要获得金属更高的金属离子”的限 制。
熔盐电解
姓名：吴芳
目录
一.熔盐电解的介绍 二.应用 三.展望
一.熔盐电解的介绍
1.1基本定义 熔盐电解是利用电能加热并转换为化学能， 将某些金属的盐类熔融并作为电解质进行 电解，以提取和提纯金属的冶金过程。
1.2熔盐电解质
熔盐是熔融状态的盐类，其中主要是卤化物。 在电解中使用的熔盐电解质应该具有较低的熔 点，适当的粘度、密度、表面张力，足够高的 电导率，以及相当低的挥发性和不溶解被电解 出来的金属熔体等性质。为了达到这些要求， 常常使用由几种盐类组成的混合物。它们常具 有比纯组分更低的熔点,但也有不少例外。所以， 必须通过实验来选择适当的混合盐组成。
二是电位不易控制且受到限制，TiO2本身是不导
电的，只有在电解开始时施加较大电压，使部分 氧原子离化后才能导电，同时，所施加的电解电 压不能高于电解温度条件下熔盐的分解电压，较 低的电解电压直接影响电解反应速率。
3.2 SOM 法(solid oxide membraneprocess）
SOM 法是 2001 年美国波士顿大学的学者首先提 出的一种绿色冶金新方法，其电解池及基本原理 示意图如图 2所示。与“传统”的熔盐电解法以及 与 FFC 法相比SOM 法最大的不同就在于阳极与 电解质之间的一个固体透氧膜，固体透氧膜是一 种固体电解质，其特征就是在一定温度条件下仅 能使氧离子通过，此时熔盐氯化钙的氯离子和钙 离子均不能通过透氧膜，因而有效地将熔盐与阳 极隔离。
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。
图一FFC法电解池示意图
该方法具有工艺流程短、简单快捷、生产 成本低、环境污染小等优点。FFC 法出 现后逐渐发展并广泛用于 Cr、Ni 等金属 及合金制备的研究工作中。
FFC 法仍存在问题亟待解决：其一是电流效率低， 由于该方法中使用石墨做阳极，石墨的烧蚀使得 电解过程中副作用加剧，甚至导致电流短路；其
二.应用
熔盐电解对有色金属冶炼 来说具有特别 重要的意义，在制取轻金属冶炼中，熔盐 电解不仅是基本的工业生产方法，也是唯 一的方法。如镁、铝、钙、锂、钠等金属 的，都是用熔盐电解法制得的，铝、镁的 熔盐电解已形成大规模工业生产。
许多稀有金属如铌、锆、钛也可用熔盐电 解法制得。
许多的金属合金也可通过熔盐电解法制得。 如稀土合金，镁锂和镁锆合金等。像熔盐 电解法已用于工业生产稀土-铁和稀土镁合 金。
三.发展
近十多年来，研究者们将目光关注在熔盐 电解新方法的开发上，其中最为典型的新 方法就FFC 法和SOM 法。
3.1 FFC 剑桥法(FFC Cambridge process)
以熔盐电解法制备海绵钛的研究为背景，2000 年剑 桥大学首先提出 FFC 法，即氧化钛直接电解提取金 属钛法。该方法将 TiO2粉末压制成块直接做阴极，石 墨为阳极，熔融 CaCl2作为电解质，在 800~1000 ℃， 外加电压为 2.8~3.2V的条件下进行电解。当有电流通 过时，TiO2阴极的氧逐渐离子化形成氧离子，在外加 电场的作用下，氧离子迁移至阳极与碳发生氧化反应， 生成CO2或 CO 析出；而阴极的氧化钛由于失氧被还 原生成海绵状的金属钛其结构与 Kroll 法制得的海绵 钛基本一样。FFC 法电解池装置如图1所示。
（4）电解槽结构 电解槽内的结构直接 影响到电解质在槽内的循环对流情况，影 响到阳极气体是否易从槽内排出，影响到 阳极气体是否易与阴极产物发生作用，还 影响到槽内温度、电解质浓度的均匀性， 因此对电流效率有很大影响。实践中研究 合理的电解槽结构（槽型）是提高电流效 率及其它指标的重要途径。
（5）电解质组成 体系的一系列物理化 学、电化学性质，如密度、粘度、表面 张力、金属的溶解度、电导、离子迁移 性等等，都与电解质组成有关。所以改 变电解质组成必然影响电流效率。
2Cl-→Cl2↑+2e也可以是碳与氧的化合,如Al2O3在冰晶石熔 体中的电解，生成CO或CO2：
2O2-+C→CO2↑+4e-
在电解精炼中，粗金属作为阳极，其反应 为：
M→Mn++ne-
电极电势较被提取金属为正的杂质将不溶 解，而电极电势较被提取金属为负的杂质， 虽溶解于熔盐内，但不能在阴极析出，从 而起到提纯的作用。
1.3影响电流效率的因素
（1）温度 温度过高，电流效率会降低。这是 由于温度升高，增加了金属在电解质中的溶解度， 加速了阴、阳极产物扩散，加剧了金属低价化合 物的挥发等。但温度又不能过低，因为温度过低 又会使电解质粘度升高，而使金属的机械损失增 大。为了降低电解温度，同时保持电解质流动性 良好，实际电解时常在体系中加入熔点较低的添 加剂。如镁电解中所采用的电解质体系通常是四 元系MgCl2—KCl—NaCl - CaCl2。
图二 （a）SOM电解池示意图（b）SOM原理示意图
SOM 法电解过程可以有潜力实现在阳极直 接生成氧气，或在通入氢气的条件下生成 水，从而使得整个电解过程对环境是友好 的，这也是 SOM 法被称为“绿色方法”的原 因之一。
3.3 FFC 法与 SOM 法的意义
一是降低了熔剂选择的苛刻条件。对 FFC 法 而言，其打破了“熔质在熔剂中的熔解度大”和 “熔剂的熔点略高于产物金属的熔点”的限制。 SOM 法在 FFC 法基础上打破了“熔剂中不许含 有析出电位比要获得金属更高的金属离子”的限 制。
熔盐电解
姓名：吴芳
目录
一.熔盐电解的介绍 二.应用 三.展望
一.熔盐电解的介绍
1.1基本定义 熔盐电解是利用电能加热并转换为化学能， 将某些金属的盐类熔融并作为电解质进行 电解，以提取和提纯金属的冶金过程。
1.2熔盐电解质
熔盐是熔融状态的盐类，其中主要是卤化物。 在电解中使用的熔盐电解质应该具有较低的熔 点，适当的粘度、密度、表面张力，足够高的 电导率，以及相当低的挥发性和不溶解被电解 出来的金属熔体等性质。为了达到这些要求， 常常使用由几种盐类组成的混合物。它们常具 有比纯组分更低的熔点,但也有不少例外。所以， 必须通过实验来选择适当的混合盐组成。
二是电位不易控制且受到限制，TiO2本身是不导
电的，只有在电解开始时施加较大电压，使部分 氧原子离化后才能导电，同时，所施加的电解电 压不能高于电解温度条件下熔盐的分解电压，较 低的电解电压直接影响电解反应速率。
3.2 SOM 法(solid oxide membraneprocess）
SOM 法是 2001 年美国波士顿大学的学者首先提 出的一种绿色冶金新方法，其电解池及基本原理 示意图如图 2所示。与“传统”的熔盐电解法以及 与 FFC 法相比SOM 法最大的不同就在于阳极与 电解质之间的一个固体透氧膜，固体透氧膜是一 种固体电解质，其特征就是在一定温度条件下仅 能使氧离子通过，此时熔盐氯化钙的氯离子和钙 离子均不能通过透氧膜，因而有效地将熔盐与阳 极隔离。