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本文研究了以氧化钪为原料熔盐直接电解制备铝钪合金制备工艺,考查了冰晶石熔盐电解质体系的物理化学性质、电化学性质和电解工艺条件,并探讨了含氧化钪炭素阳极用于电解制备铝钪合金的可行性。 论文考察了含氧化钪的冰晶石-氧化铝熔盐电解质体系的初晶温度、密度以及电导率等物理化学性质,在分子比为2.3的冰晶石电解质体系中,氧化钪添加量0~5%,960℃时密度在1.95g·cm-3左右,初晶温度由972℃降低到946℃。电导率从2.1S·cm-1上升到2.5S·cm-1;氧化铝添加量0~5%时,密度由1.94 g·cm-3下降到1.78 g·cm-3,初晶温度由971℃降低到950℃,电导率先增大后减小,3%时达到最大值2.36 S·cm-1。 采用循环伏安法对Sc(Ⅲ)在冰晶石熔盐体系中石墨电极上的电化学过程进行了研究。研究结果表明:以铝为参比电极,当电位小于1.2V时,铝与钪共同析出。Sc(Ⅲ)在熔盐中电解还原过程为一步获得三个电子的简单电荷传递过程。电解过程不会因为生成钪的低价离子而使电流效率降低。 采用连续脉冲-计算机法测定了电解质体系的反电动势,反电动势随着氧化铝浓度的增大而减小,当氧化铝浓度超过4%时,反电动势降低的速度变慢;随着氧化钪含量的增加而减小。 铝钪合金电解工艺研究结果表明,电解过程合金中钪含量随电解质中氧化钪含量的增加而升高;随电解温度以及阳极电流密度的增加而提高;基本不随氧化铝含量而改变。电解过程中,电流密度在0.32A/cm2~1.12A/cm2,电流效率先增加后减小,在0.8A/cm2时达到最大值73.2%;在940℃-1000℃时,随着电解温度的升高,电流效率增大。1000℃以后开始下降,电解质中氧化钪含量的增加有助于提高电流效率。 铝电解炭素阳极中添加氧化钪以补充电解过程中氧化钪的消耗。实验考察氧化钪含量对阳极过电位及临界电流密度的影响规律。阳极电流密度为0.7A/cm2左右时,氧化钪添加1%~5%时对阳极过电位影响很小;随着炭阳极中氧化钪含量的增加,临界电流密度升高,可以降低阳极突发效应。