在熔融电解质中电解提取纯金属课件.pptx

在熔融电解质中

电解提取纯金属;任务目标;轻金属用熔盐电解法生产的原因:

各种轻金属在电位序中是属于电性最负的金属，不能用电解法从其盐类的水溶液中析出。在水溶液电解的情况下，阴极上只有氢析出，且只有相应金属的氧化水合物生成。这样，纯轻金属只能从不含氢离子的电解质中才能呈元素形态析出。这种电解质就是熔盐。;熔盐电解法制取其他金属:

稀有金属（如钍、钽、铌、锆、钛等）也可以用熔盐电解法制得。

在重金属冶炼中，如铅、锌得硫化物在熔融氯化物中析出铅、锌也是采用熔盐电解法。

为了使熔盐电解过程能够顺利进行，应当对熔盐及其体系的物理化学性质、电解过程的基本规律进行研究。

;解决思路;解决思路;解决思路;3、混合熔盐实例

工业上用熔盐电解法制取碱金属和碱土金属的熔盐电解质多半是卤化物盐系，如制取铝的电解质则是由冰晶石（Na3AlF6）和氧化铝等组成的。;4﹑熔盐物理化学性质

1)盐系的熔度图

由不同的盐组成的体系，可构成性质不同的熔度图。

二元系共晶的熔度图

最简单的如图11-1所示，碱金属卤化物（如KCl-liCl，NaCl-NaF，NaF-KF，liCl-liF等便是属于这种类型。

;;二元系形成一种或几种化合物熔度图

如图11-2所示。形成一种化合物的熔度图往往在由碱金属卤化物和二价金属卤化物组成的体系中遇到，如KCl-CaCl2（形成化合物KCl·CaCl2）

形成几种化合物的熔度图，可在由碱金属卤化物和多价金属卤化物组成的体系中遇到。MaF-AlF3系的熔度图可作为其典型例子。

;在液态和固态均能完全互溶熔度图

其熔度图具有如图11-3所示的一般形状。NaCl-KCl系熔度图可以作为这个类型的例子。

介乎于中间的体系是在液体状态完全互溶而在固体状态部分互溶的而元盐系，其熔度图如图11—4所示。CaBr2-NaBr系的熔度图可作为这个类型的例子。;解决思路;三元盐系熔度图

图11-5为对镁冶金有重要意义的KCl-NaCl-MgCl2三元熔度图。这个图指出，其中部区域（区域Ⅲ～Ⅵ）混合物的熔点比镁的熔点更低，从而使电解过程有可能在953～993K的温度下进行。;解决思路;2、熔盐的密度

1)研究熔盐密度目的

了解阴极上析出的金属在电解质中的行为。

由于熔盐电解质和熔融金属的

密度差大，金属液滴可浮起到电解质的表面或沉降到电解槽底部，

密度差小，金属便悬浮于电解质之中。

故电解质与析出金属的密度的比值是决定电解槽结构的重要因素之一。如果析出金属浮起到电解质表面，将会造成金属的氧化损失。

;熔盐的密度与其结构的关系

摩尔体积与密度的关系如下：

V＝M/d＝Mv（11-1）

式中V——盐的摩尔体积；

M——盐的分子量；

d——盐的密度；

v——盐的比容（v=1/d）

;解决思路;如果混合熔盐系的性质与其成分的关系不遵循加和规则，那么这种关系的图解将不是直线而是曲线。例如，NaF-AlF3系的密度和摩尔体积与成分的关系便是这样，而且在相当于冰晶石的成分处出现显著的密度最高点和摩尔体积最低点，如图11-7所示。;这说明冰晶石熔体排列最有规则而且堆积最为紧密在冰晶石的情况下，其中AlF36－八面体与钠离子相联系，以致堆积密度最大，从而亦使熔体密度最大。

将在单独的氟化钠熔体中，钠离子不在氟离子堆的八面体空穴中，致使离子堆变得疏松，降低了氟化钠熔体的密度；

在氟化铝中，只有1/3的空穴被质量比钠离子大17.3%的铝离子所占据，结果也使得氟化铝的密度比较小。

熔盐的密度通常是随着温度的升高而减小。

;3、熔盐的粘度

粘度对熔盐电解的影响

粘度大而活动度小的熔融电解质及盐熔剂不适合于金属的熔盐电解。这种熔体中，金属液滴将与熔盐发生缠结而难于从盐相中分离出来。此外，粘滞的熔盐电解质的电导往往较小。

与此相反，粘度小而易流动的熔盐电解质则导电良好并能保证金属、气体与熔盐分离。

;熔盐的粘度与其本性和温度有关。对大多数熔盐来说，粘度随温度变化的关系遵循下列指数方程：

η＝Aη

式中η——粘度；

Aη——与温度有关的常数；

Wη——粘滞活化能。

;从熔盐的离子本性来看，熔盐的粘度决定于淌度小的阴离子。因此，凡结构中以淌度小、体积大的阴离子为主的熔体，熔体的粘度将增高。例如673.15K时，熔融KNO3和K2Cr2O7的粘度各等于0.00201Pa·s和0.01259Pa·s（见表11-1）。;盐

;阳离子的淌度对熔盐的粘度也有影响