【摘要】：電流效率是鋁電解工業(yè)的重要生產(chǎn)指標,造成電流效率降低的最主要原因就是陰極鋁以物理或化學方式溶解到電解質(zhì)中并被陽極氣體氧化。因此陰極鋁在電解質(zhì)中的溶解一直備受關注。電解質(zhì)熔體對鋁的溶解能力的大小通常表征為鋁在電解質(zhì)中的溶解度。目前關于鋁溶解度的研究較少,且尚未形成一致的結(jié)論。本文采用容量法對冰晶石熔鹽中的鋁溶解度進行了測量,并探索鋁溶解度的影響因素及鋁的溶解形式。利用微量氣體測量裝置研究了分子比、KF添加量和鋁與電解質(zhì)質(zhì)量比等因素對冰晶石熔鹽中鋁溶解度的影響。實驗表明:在980℃下,向CR=2.2～3.0 的 NaF-AlF3-5wt%CaF2-3wt%Al2O3 電解質(zhì)中分別添加 0～5wt%KF,鋁的溶解度都集中在0.013～0.02%附近。在相同分子比下,KF添加量的改變對鋁溶解度幾乎沒有影響;鋁的溶解度隨著分子比的增加而增加,由分子比2.2時的0.014%增加到分子比4.0時的0.026%。對反應后電解質(zhì)中的鈉和鋁中的鈉進行測量發(fā)現(xiàn),隨著分子比的增加鈉含量也相應增加,推測冰晶石熔鹽中鋁的溶解是以Al+4NaF=NaAlF4+3Na的反應化學置換出金屬鈉;在2.4NaF-AlF3-5 wt%CaF2-3 wt%Al2O3熔鹽體系中,電解質(zhì)與鋁的質(zhì)量比越小,鋁的溶解度越大,達到飽和后趨于穩(wěn)定。實驗中應選取比例為2的體系有利于得到更精確的鋁溶解度。向分子比2.4的NaF-AlF3電解質(zhì)中分別添加0～7wt%Al2O3、MgF2、CaF2和LiF,探究氧化鋁及添加劑對鋁溶解度的影響。結(jié)果表明:氧化鋁會促進鋁在電解質(zhì)中以分散的膠狀鋁的形式存在,鋁的溶解度在0.0152%到0.0326%之間明顯波動,測量結(jié)果重現(xiàn)性較差;鋁的溶解度隨添加MgF2和CaF2的增加呈現(xiàn)出下降趨勢。由于溶解鋁的置換作用:MgF2+2/2Al=Mg(inAl)+2/3AlF3,鋁中的鎂含量隨著MgF2的增加而增加;添加LiF對鋁的溶解度幾乎沒有影響。鋁的溶解度在0.025%附近輕微波動,鋁球中鈉含量和鋰含量都基本穩(wěn)定。
【圖文】：

密封不銹鋼坩堝與法蘭盤之間通過真空銅墊圈密封，通過螺栓固定，以逡逑保證實驗過程中坩堝內(nèi)部氬氣氣氛不變，避免了鋁與空氣接觸氧化損失對實逡逑驗造成影響。實驗裝置圖如圖２．３所示。逡逑－１６－逡逑

采用容量法測得金屬鋁在冰晶石熔鹽中的溶解度范圍是０．０２％？０．１％，對逡逑應產(chǎn)生的氫氣體積也相對較少，必須選取精確度較高的氣體測量裝置。本實逡逑驗采用Ｒｏｇｅｒｓ等人［４（）］開發(fā)出的“測定毫克堿金屬量的氣體裝置”，如圖２．７逡逑所示。此套裝置可測量毫克量級金屬產(chǎn)生氫氣的量，符合本實驗要求。逡逑圖中，Ａ－Ｆ為活塞，Ｇ為樣品室，Ｌ儲液罐中裝滿２．８６８ｍｏｌ／Ｌ的鹽酸，逡逑Ｍ儲液罐中裝滿去離子水。Ｈ為１０ｍｌ量管，Ｊ為２ｍｌ量管，Ｈ、Ｊ、Ｋ均封裝逡逑在水套中，，并放置一個溫度計實時測量水套內(nèi)溫度變化，水套可以保證整個逡逑反應在相同溫度下進行，降低周圍環(huán)境溫度變化對氣體體積產(chǎn)生的影響，提逡逑高測量結(jié)果的準確性；同時還可以放大Ｈ、Ｊ量管上的度數(shù)，方便讀數(shù)。樣逡逑品室Ｇ與量管Ｈ通過硅膠軟管連接，樣品室Ｇ內(nèi)為稱好的樣品及攪拌轉(zhuǎn)子，逡逑下方放置一個磁力攪拌機攪拌Ｉ
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TF821

【參考文獻】

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本文編號：2638791