鋁基合金的陰極電化學(xué)還原過(guò)程探索

前言

第1章 緒論

1.1 我國(guó)鋁工業(yè)現(xiàn)狀

1.2 我國(guó)電解鋁工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1.3 我國(guó)電解鋁工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)

1.4 鋁基合金的應(yīng)用及生產(chǎn)中存在的問(wèn)題

1.5 電解法生產(chǎn)鋁及其合金現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

1.6 本書(shū)研究的主要內(nèi)容

第2章 電解質(zhì)溫度、初晶溫度及過(guò)熱度測(cè)定方法的研究

2.1 引言

2.2 測(cè)試原理

2.3 實(shí)驗(yàn)原料和實(shí)驗(yàn)裝置

2.4 實(shí)驗(yàn)方法

2.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.6 本章小結(jié)

第3章 冰晶石熔體中鈦在石墨電極上的電化學(xué)還原

3.1 引言

3.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和研究方法

3.3 實(shí)驗(yàn)原理、原料及實(shí)驗(yàn)設(shè)備

3.4 原料和石墨電極的準(zhǔn)備

3.5 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

3.6 鋁鈦共析的陰極循環(huán)伏安曲線(xiàn)的測(cè)定

3.7 本章小結(jié)

第4章 鈦在鋁陰極上的電化學(xué)還原

4.1 引言

4.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和研究方法

4.3 實(shí)驗(yàn)原料和實(shí)驗(yàn)裝置

4.4 實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作與設(shè)備的檢查工作及工作過(guò)程

4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

4.6 熱力學(xué)分析

4.7 本章小結(jié)

第5章 鈦與硼共析的電化學(xué)過(guò)程研究

5.1 引言

5.2 試驗(yàn)裝置及原料

5.3 以NaBF4為硼源的鈦硼共析還原機(jī)理

5.4 以B2O3形式加入的硼離子的鈦硼共析電化學(xué)還原

5.5 本章小結(jié)

第6章 鈧及其鋁鈧合金的物理性能研究

6.1 金屬鈧及其制備

6.2 鋁鈧合金

6.3 目前發(fā)展含鈧鋁合金的主要障礙與解決途徑

第7章 氧化鈧在冰晶石一氧化鋁體系中的溶解性能研究

7.1 引言

7.2 研究方法和原理

7.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

7.4 結(jié)果討論

7.5 本章小結(jié)

第8章 電解鋁鈧合金的熔鹽物理化學(xué)性質(zhì)研究

8.1 引言

8.2 nNaF·AlF3一Al2O3一Sc2O3系電解質(zhì)初晶溫度數(shù)學(xué)模型的研究

8.3 氧化鈧對(duì)電解質(zhì)電導(dǎo)率影響的研究

8.4 氧化鈧對(duì)電解質(zhì)密度影響的研究

8.5 冰晶石一氧化鋁一氧化鈧系電解質(zhì)的熱失重率

8.6 本章小結(jié)

第9章 電解鋁鈧合金的電化學(xué)研究

9.1 引言

9.2 實(shí)驗(yàn)原料及實(shí)驗(yàn)裝置

9.3 實(shí)驗(yàn)方法及原理

9.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

9.5 本章小結(jié)

第10章 電解法生產(chǎn)鋁鈧合金的熱力學(xué)

10.1 引言

10.2 鋁鈧合金相圖富鋁端液相線(xiàn)的測(cè)試

10.3 鈧在合金中活度系數(shù)的計(jì)算

10.4 討論

10.5 本章小結(jié)

第11章 電解鋁鈧合金的工藝研究

11.1 引言

11.2 實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法

11.3 實(shí)驗(yàn)

11.4 結(jié)果討論

11.5 鋁鈧合金的金相分析

11.6 本章小結(jié)

第12章 電解鋁鈧合金的其他方法研究

12.1 引言

12.2 直接電解鋁鈧鋯三元合金

12.3 在三層液鋁精煉電解槽中電解鋁鈧合金

12.4 本章小結(jié)

第13章 總結(jié)及展望

參考文獻(xiàn) 2100433B

本書(shū)對(duì)電解法生產(chǎn)鋁鈦合金的可行性進(jìn)行了論證。通過(guò)對(duì)電解質(zhì)溫度的測(cè)定和鈦在冰晶石熔體中不同電極上的還原機(jī)理進(jìn)行研究，弄清了鈦離子的還原過(guò)程，為工業(yè)生產(chǎn)鋁鈦合金提供了理論依據(jù)。本書(shū)還提出了通過(guò)鋁土礦或赤泥提取含鈧氧化物，利用未經(jīng)高度提純的含鈧氧化物，在鋁電解槽中直接電解鋁鈧合金的新的技術(shù)思路和工藝方案。通過(guò)這一工藝方案的實(shí)施，可使鈧資源得以有效利用，縮短鋁鈧合金的生產(chǎn)流程，降低合金的生產(chǎn)成本，促進(jìn)鋁鈧合金的大規(guī)模應(yīng)用。

利用電化學(xué)阻抗(Els)技術(shù)研究了N80鋼在不同介質(zhì)條件下CO₂腐蝕過(guò)程中可能存在的陰極反應(yīng)及其反應(yīng)速度。結(jié)果表明，N80鋼在CO₂腐蝕環(huán)境下存在H 和H₂O以及H₂CO₃，HCO₃^-的還原反應(yīng)、但在不同條件下各個(gè)還原反應(yīng)的速度并不相同 。在酸性的飽和CO₂溶液中，H 的還原控制著陰極反應(yīng)速度，HCO₃^-和H₂CO₃的還原反應(yīng)速度較?。辉谥行缘娘柡虲O₂溶液中，陰極過(guò)程以HCO₃^-和H₂CO₃的還原為主，H 的還原反應(yīng)速度比較微弱；在堿性的NaHCO₃溶液通入CO₂后，HCO₃^-的還原控制著陰極反應(yīng)速度。在以上條件下，H₂O的還原速度比較微弱，還不會(huì)對(duì)陰極交換電流產(chǎn)生影響。

影響因素 陰極過(guò)程受陰極的材質(zhì)和狀態(tài)特點(diǎn)的影響甚大，可以是金屬離子被還原成更低價(jià)態(tài)乃至被還原呈游離金屬析出，也可以是H 的放電呈氫氣析出。影響陰極過(guò)程的主要因素有超電位、陰極性狀和電解質(zhì)體系。

超電位金屬離子陰極還原的超電位一般都很小，而氫卻相當(dāng)大。氫由于在標(biāo)準(zhǔn)還原電位比其更負(fù)的某些較活潑金屬如鉛、錫、鋅等上面具有很高的活化超電位，使得其析出所需的極化還原電位變得比這些金屬的更負(fù)。結(jié)果，即使在酸性水溶液中電解，陰極過(guò)程基本上也不是H 離子的放電析出，而是這些金屬離子在陰極上進(jìn)行被還原成游離金屬的電結(jié)晶過(guò)程 。

間接電化學(xué)還原的缺點(diǎn)在于還原速率慢，電流效率低。采用靛藍(lán)作為離子載體，可以提高電流效率和還原效率，但只能用于靛藍(lán)染料。染料不是在電極表面被直接還原，而是采用一種媒介作為電子載體，使氧化還原反應(yīng)分別發(fā)生在陰極表面和染料顆粒表面。

該氧化還原體系是可逆的，氧化態(tài)的媒介在陰極表面獲得電子，先被還原為還原態(tài)；還原態(tài)媒介在還原染料顆粒表面將染料還原為染料隱色體，自身被氧化為氧化態(tài)，因此，整個(gè)體系可逆，可逆的氧化還原體系使還原劑的還原性能可再生。

以Fe II-TEA媒介為例，原理如下:

第一步還原反應(yīng)是鐵離子絡(luò)合物在陰極表面獲得一個(gè)電子，被還原為亞鐵離子絡(luò)合物；被還原的亞鐵離子絡(luò)合物從陰極表面擴(kuò)散到染料離子表面，在粒子表面發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，形成單陰離子染料，這是形成被完全還原的雙陰離子染料的中間步驟。

有兩種途徑可形成被完全還原的雙陰離子染料，每還原一個(gè)染料需要兩個(gè)電子，二個(gè)單陰離子染料可生成一個(gè)完全被還原的雙陰離子染料，并重新生成一分子氧化態(tài)染料。

媒介體系為：1）有機(jī)氧化還原體系：蒽醌型：蒽醌單磺酸，蒽醌雙磺酸，羥基蒽醌及其各種取代基。2）無(wú)機(jī)氧化還原體系：羥基乙二胺三乙酸，N-二羥乙基甘氨酸，二乙醇胺和三乙醇胺等作為鐵絡(luò)合物配位體。

效果：1）有機(jī)氧化還原體系：轉(zhuǎn)化率較低，還原劑的再生能力差；2）無(wú)機(jī)氧化還原體系：堿性下，都能與亞鐵離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物。