融盐铝电解中若干物理化学问题的研究.pdfVIP

收稿日期： 2000 11 20 基金项目：国家自然科学基金资助项目（）· 作者简介：邱竹贤（ 1921 ），男，江苏海门人，东北大学教授，博士生导师，中国工程院院士· 2001 年 4 月 第 22 卷第 2 期 东 北 大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版 ） Journal of Nort heastern universit y （ Natural science ） A p r . 2 0 0 1 Vol. 22 ， !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! No .2 文章编号： 1005 3026 （ 2001 ） 02 0119 04 融盐铝电解中若干物理化学问题的研究 邱竹贤，何鸣鸿，范立满 （东北大学 材料与冶金学院，辽宁 沈阳 110004 ） 摘 要：概述了融盐铝电解中若干物理化学问题，这些是 50 多年来作者一直思索着的问题· 其中涉及电极湿润性，金属在融盐中的溶解，制取铝基母合金，工业铝电解槽的能量平衡，以及低 温铝电解·所得的结论，是也有，非也有，希望继续加以研究· 关 键 词：融盐；电极湿润性；低温铝电解；铝基母合金；能量平衡 中图分类号： TF 821 文献标识码： A 融盐是一种高温离子溶液，冶金工业上应用 于电解法生产铝、镁等多种金属·研究工作主要在 于融盐电解理论，涉及融盐相图和结构，工业铝电 解质组成的性质，界面现象和电极过程等·融盐不 但温度高，而且具有很大的腐蚀性，理论研究工作 难度大，若干基本理论至今尚未完善，作者同轻金 属冶炼专业的教师和研究生对于上述课题付出了 艰辛的劳动，因而获得若干进展· 1 融盐对电极湿润性的研究 在融盐电解中，由于电极带了电荷，融盐对电 极的湿润性因此改变·融盐湿润性研究起始于 1964 年，在当时的实验中观测到电极对融盐的“排 斥—吸引—再排斥—再吸引”的现象，通过拍摄大 量而系统的实验照片，归纳了普遍的湿润现象，揭 示出阳极排斥电解液和阴极吸引电解液的基本规 律·其规律是：不论阳极和阴极的材质为何，正在析 出气体的阳极对溶液有一种排斥力，力图把溶液从 阳极表面上排挤开，这种现象称为“阳极排斥”现 象；而正在析出金属产物的阴极对溶液有一种吸引 力，力图把溶液拉向阴极，这种现象称为“阴极吸 引”现象，这两条规律都具有电化学的特性·运用这 一规律可以解释融盐电解中发生阳极效应以及电 解液向阴极渗透的机理，从而可以设法在工业上加 以防范，达到节省电能和物料，延长电解槽寿命的 目的· 在阳极效应研究中最重要的发现是观测到阳 极效应发生时，阳极上气泡的喷射现象，特别是当 槽电压增大时气泡的喷射现象异常强烈，其结果 是对铝电解电流效率产生不良影响，这是由于阳 极气体在高温时膨胀造成的·美国铝业公司豪平 教授说，这种现象是前人未曾发现过的·见图1· 图 ! 阳极效应时发生的阳极气体喷射现象 左—阴极；右—阳极· 2 金属在融盐中的溶解 研制了一台高温透明电解槽，在此槽中观测 了铝电解、镁电解时金属在融盐界面上的溶解现 象，用摄像机记录下来金属雾颜色和特征，见图 2 ，发现铝雾呈蓝紫色，镁雾呈灰色；鉴别出金属雾 是一种细微的离子，具有还原性·从量子化学研 究，提出了生成胶体溶液与真溶液的混合溶液观 点［2］·在盛置于BN 管中78 %Na 3 Al F 6 + 16 %AlF 3 + 3. 5 %caF 2 + 2. 5 %Al 2 0 3 溶液中，当 ! 850 C 时，铝电溶解度为 0. 202 % （质量分数）［6］· 图 ! 铝在冰晶石溶液中溶解时生成金属雾的照片 （透明电解槽） 3 优质高性能铝合金 工业铝电解是以冰晶石 - 氧化铝为电解质，用 炭阴极和铝阳极，得到纯铝，其纯度达到 99 .8 %· 如往此电解质中加入另外一种金属（ Me ）化合物 （一般是氧化物），则有可能生成铝基母合金（ Al- Me ），母合金中 Me 元素的质量分数视条件而异， 可以达 5 % !20 %·而此种铝基母合金可用来配 制一种具有特殊性能的工业用合金，例如增大其 可塑性和抗腐蚀性或者细化晶粒，等等·现在已经 研制出多种基母合金，形成一门新的边缘学科·下 面是用融盐电解法制取铝基母合金的品种· 铝硅（ Al-si ）合金 铝锆（ Al- zr ）合金 铝钛（ Al- ti ）合金 铝锰（ Al- Mn ）合金 铝硼（ Al- B ）合金 铝铬（ Al- cr ）合金 铝硼钛（ Al- B- ti ）合金 铝稀土（ Al- RE ）合金 铝钙（ Al- ca ）合金 铝镁（ Al- M g ）合金 铝锶（ Al-sr ）合金 铝铜（ Al- cu ）合金 上述各种铝基母合金