熔盐电解Al-Li合金的熔体选择及熔体结构的研究

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随着铝锂合金在航空航天、国防器械、热核聚变等技术领域的应用拓展,近年来其生产规模和产量得到迅猛发展。熔盐电解Li2O是一种生产铝锂合金的新方法,它与传统的对掺法相比,具有节能、简化流程、无金属的二次燃烧损失等优点,因此,引起了人们的广泛研究。本文主要研究了电解Li2O制备铝锂合金时Li2O在熔盐体系中的溶解行为及O2-在熔盐体系中的存在形式。  分别以Li2CO3和LiOH·H2O为原料制备Li2O,结果发现,以Li2CO3为原料制备Li2O其产率只有45.5%,而以LiOH·H2O原料的产率为82.2%,纯度高达97.6%,可用作后续实验的原料。  采用XRD分析法分别对Li2CO3在熔融CaF2、CaCl2、BaF2、LiF中,Li2O在熔融LiF-CaF2,CaCl2,LiF-CaF2-CaCl2中的存在形态进行了研究,发现Li2CO3在CaF2、CaCl2和BaF2中会形成高熔点的CaCO3或BaCO3,使电解质变得粘稠,不利于电解反应的进行;而Li2O则会与CaF2和CaCl2反应生成CaO,易溶于CaCl2中。因此认为在LiCl-LiF,CaF2、 LiF-CaF2(-CaCl2)电解质体系中采用惰性阳极时,可以用Li2O作为原料,电解制备纯度更高的金属锂或其合金。  通过目视观察法在透明石英槽中研究了Li2O在不同体系中的溶解过程,结果表明,Li2O易溶解于熔融LiCl且溶解度较高,CaO易溶解于熔融CaCl2。搅拌能够提高Li2O、CaO的溶解速度。  采用步冷曲线法和示差扫描量热法分别测定了LiCl-Li2O和LiF-CaF2-Li2O熔盐的液相线温度,在此基础上进行了对各熔盐体系的冰点降低研究。结果发现:Li2O在熔融LiCl中最可能的溶解方式是以阴离子Li2OCl22-的形式按照Flood模型溶解;LiF在LiCl-LiF中最有可能的溶解方式是以阳离子Li+和阴离子F-,或以阴离子Li2FCl22-的形式按照Temkin或Flood模型进行溶解;对于CaF2摩尔百分含量小于20%的LiF-CaF2熔盐中,CaF2最可能的溶解方式是以阴离子CaF3-的形式按照Temkin或Flood模型进行溶解,向该熔盐中引入O2-后,其最可能的溶解方式是以阴离子Ca2O2F22-的形式按照Flood模型进行溶解。
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