离子液体内电沉积铝全解.ppt

学 生：徐 芳 五、检测 一、 Al 的由来 二、 Al 基本性质及提纯 三、离子液体 四、电沉积工艺 1 、 1746 年德国人波特 (J.H.Pott) 从明矾制得一种氧化物 , 即氧化铝 2 、 1807 年英国人戴维（ H.Davy ）试图电解熔融的氧化铝以取得金属， 没 有成功，后将其命名为 alumium ，后来改为 aluminium 3 、 1825 年丹麦人奥斯忒（ H.C.Oersted ）用钾汞齐还原无水氯化铝 , 第一次得到 几毫克金属铝，指出它具有与锡相同的颜色和光泽。 4 、 1827 年德国沃勒 (F.Whler) 用钾还原无水氯化铝得到少量金属粉末，并指出 铝的熔点不高。 5 、 1854 年法国德维尔（ S.C.Deville ）用钠代替钾还原 NaAlCl 4 络合盐，制得金 属铝。当时 铝的价格接近黄金 。 6 、 1886 年美国霍尔（ C.M.Hall ）和法国埃鲁 (P.L.T.Héroult)几乎同时分别 获得用冰晶石－氧化铝熔盐电解法制取金属铝的专利。 1888 年在美国匹兹堡建 立第一家电解铝厂，铝的生产从此进入新的阶段。 于是乎 高温冰晶浴 成为当时提取 Al 的传统工艺 一、 Al 的发展史 1 、铝是银白色轻金属， 资源十分丰富 ，地壳中含量仅次于氧和硅 2 、铝及铝合金是当前用途十分广泛的、最经济适用的材料之一。 当前铝的 产量和用量仅次于钢材 ，成为人类应用的第二大金属。和各种常 用有色金属矿石相比，铝矿中的铝含量高得多，而铝矿的储量又非常丰富， 这就使铝工业在资源上占有较大的优势。 3 、铝具有 抗氧化性 、 耐腐蚀性 、装饰性、 熔点低 、 导电率好 ， 电化学窗 口宽 、性质稳定、金属光泽等性能。 二、 Al 的基本性质及其提取 4 、传统的铝提取过程： Al 2 O 3 + C → Al + CO 2 ( 高温冰晶浴） 氧化铝用 C 电解还原得到 Al 和 CO 2 ，但由于 C 阳极制备过程的复杂 和困难跟 CO 2 和 F 气体的排放一样艰难，这使得大家极力寻找一种可替 代的技术来提取铝。因此，室温离子液体电沉积铝的技术应用而生。 5 、 Al 是一种非金属活泼金属，标准电极电位（ -1.66V) 比 H 的电位负， 从水溶液中电沉积 Al 是不可能的，电解质必须是质子惰性的 ，非水 电解液体系电镀铝的镀液体系： 1 、无机熔盐体系 2 、有机溶剂体系 3 、室温离子液体 三、离子液体 1 、 定义 ： 室温离子液体、室温熔融盐、有机离子液体等，是指在室温或者低温呈现液态 的离子化合物。离子液体中的巨大的阳离子与阴离子具有高度的不对称性，由于空 间阻碍其结晶，使得这种离子化合物熔点降低，在较低温度下能够以液体存在。 2 、优点： 宽的电化学窗口 、 优良的导电性 、不挥发、 热稳定性 和 化学稳定性较高 等优点很好的溶解性，极低的蒸汽压。 离子液体在化学反应、分解提纯、电化学方面都有着广泛的应用，作为 新一代绿色溶剂正日益受到重视。 3 、三种主要离子液体的配置 配置离子液体的原料以及离子液体均具有极强的吸湿性，所以离子液体 的配制均在氨气保护的 真空手套箱 内进行。手套箱内水分和氧气含量控制在 lppm 以下。 （ 1 ） AICl 3 -EMIC 离子液体 配置 2:1 AICl 3 -EMIC 离子液体用于阳极活化和铝的电沉积。称量一定量 的 EMIC(1- 甲基 -3- 乙基咪唑氯化物 ) 和无水 AICl 3 ，两者的摩尔比为 2:1 。将称 好的 EMIC 置于烧杯中，少量多次加入无水 AICl 3 并不断搅拌，使两种固体逐渐 熔化。熔化过程中会急剧放热，体系温度上升，温度过高会导致 EMIC 热分解而 影响离子液体性能，因此需控制配制过程中的温度不能超65℃。待两种固体全 部熔化后用磁力搅拌器充分搅拌 24 小时，再将纯度为 99 ． 999 ％ 的铝丝浸渍其中，去除离子液体配制过程带进的重金属杂质和微量的水和氧， 精制七天后镀液方可使用。 3 、三种主要离子液体的配置 （ 2 ） AICl 3 -EMIC-MnCl 2 离子液体 配置