熔盐电化学及其应用

一引言熔盐电化学在理论和实际方面都具有重要的意义。熔盐的电化学性质和用电化学法得出的物理化学性质在了解熔盐特性和研究熔体结构方面提供了有益的资料;它们对建立结构模型和发展熔盐溶液理论起着特别重要的作用。在生产实践中许多稀有金属的电解制备,高熔点金属的电解精炼,熔盐渗镀和电镀以及熔盐的电化分析等均与熔盐电化学有密切关系。此外,高温燃料电池的研究和原子能工业的发展也要求对熔盐的电化学性质和其他物理化学性质进行更多的了解。熔盐电化学的研究在本世纪初已经开     

面向碳中和的高温熔盐电化学技术

高温熔盐电化学反应具有反应动力学快、选择性好的优点,可用于能源存储与转换、金属材料的提取和纯化、二氧化碳的捕集和转化利用、退役金属材料的循环利用等领域,利用清洁电能驱动的高温熔盐电解技术可实现从源头、过程和末端全流程降碳减排.本文简要回顾了近20年来武汉大学在高温熔盐电化学方向的主要研究工作,包括熔盐电解固态化合物冶金(低碳提取)、熔盐捕集-电解转化CO₂(碳捕集与转化)、熔盐电化学制备功能材料(材料低碳制备)、熔盐电解回收能源金属材料(低碳绿色循环)和高温电解器关键材料(析氧阳极),形成了固态化合物还原反应动力学“三相界线”理论,丰富了高温惰性合金析氧阳极选材数据库,揭示了阳极氧化膜稳定服役机制,发明了熔盐电化学阳极氧化冶金新方法,提出了“熔盐电解质酸碱性-电极反应调控”新策略,并为新能源产业可持续发展所需的“前端原材料清洁提取”和“末端退役能源材料回收利用”提供新方法和新技术.以此为线索,评述了面向碳中和的高温熔盐电化学所面临的机遇与挑战,讨论了高温熔盐电解基础理论和应用技术的发展趋势,展望了清洁电能驱动的熔盐电解技术在实现碳达峰、碳中和目标中的潜在贡献.     

熔盐结构

引言 熔盐的应用由来已久,玻璃制造即是一例。19世纪后期,有人利用熔盐制备纯的金属。例如Hall-Heroult方法是把矾土(Al_2O_3)溶在熔盐中,然后电解得出铝。熔盐性质的系统研究,如粘度、电导、热力学性质等,约在1900年开始,盐的熔点都在1000℃以下。后来改进熔     

Al_2~+和Al_3~+的量子化学从头计算研究

金属铝在冰晶石熔盐中有一定的溶解度。在铝电解生产过程中,金属铝部分溶入熔盐扩散至阳极氧化损失,是电流效率下降的主要原因。金属铝在冰晶石熔盐中的存在状态,迄今为止众说纷纭。我们用Monte Carlo法对冰晶石熔体结构作了计算机模拟,根据模拟结果构筑量子化学计算用模型,将Al原子“置”入熔盐模型的空穴中,用量子化学EHMO方法研究     

全国第一欢电化学报告会

全国第一次电化学报告会于1963年11月5-11日在长春举行。参加报告会的有来自全国各地56个单位的55名代表和62名列席代表。会议共收到有关电解质溶液、金属溶液界面性质、交流电测量电极阻抗的理论分析、阳极氧化过程动力学和机构的研究、阴极还原过程动力学、用极谱法研究溶液均相动力学、极谱基本原理、熔盐电解、固体电解质、希土电解、金属电沉积、电化学新方法的研究、化学电源和其他电化学工艺的研究等方面的67篇研究工作报告。在电解质溶液方面,傅献彩、游效曾等提出了     

电解磨削的研究

电解磨削是一种新的加工工艺方法。采用有导电填充剂的砂輪,以电解液代替一般的冷却液,通以电流不大的低压直流电,就可以滿足这个工艺方法的要求。一般磨床稍加改装,即可应用。电解磨削主要是靠阳极(工件)溶解的电化学作用和旋轉砂輪的机械作用而进行加工的。因此适于加工普通磨削难以加工的硬貭材料。我們針对目前生产中感到困难的內径8mm的高压油泵芯套內孔进行了电解磨削的研究。一般磨削8mm小孔需要60,000轉/分的高速磨床。然而目前生产上可以用在60,000轉/分的滾珠軸承使用寿命比較短,只能用30个小时左右。同时磨出来的內孔表面光洁度也不过是8级。采用电解磨     

熔盐中Nd~(2+)和Nd~(3+)相互作用的量子化学研究

稀土金属Nd溶入NdCl_3熔盐中造成的冰点下降表明,Nd在NdCl_3熔盐中可能形成二价离子Nd~(2+)。我们用量子化学计算也肯定了这种可能性。我们以前的工作曾证明,金属溶入熔盐中常形成原子簇离子。为了判明Nd~(2+)是否可能与周围的Nd_(3+)形成原子簇离子,我们用量子化学SCF DVX_α方法研究Nd~(2+)和Nd~(3+)     

硝酸盐和硫酸盐的熔盐相图中间化合物的形成规律

硝酸熔盐是若干用作传热介质或用于金属材料热处理的低熔点熔盐混合物的组分,硫酸熔盐与钢的高温腐蚀有关.因此硝酸和硫酸的熔盐相图为许多冶金学家所关注.本文用模式识别中的主成分分析(PCA)方法、人工神经网络方法总结这类熔盐相图中间化合物的形成规律和形成判据.     

CeCl_3-AgCl-KCl和CeCl_3-KCl熔体中的活度

熔盐体系中的活度通常用可逆化学电池直接测定,但是当构成熔盐的金属的电负性相近或金属与熔盐发生相互作用时,则较难利用这种方法得出。在这种情况下,按Darken,利用三元系活度的测定可以克服上述困难,求得二元系的活度。这种方法在     

(Li_4·Li_2H_2)_x链的量子化学从头计算

熔盐-金属界面的电子结构,迄今尚无认真的研究工作。作者之一曾用量子化学计算研究过熔盐-液体金属溶液的电子结构,证明金属原子和金属离子间有电子迁移并形成原子簇离子。用量子化学方法探讨熔盐-金属界面的电子结构,应是一种有益的尝试。     

熔盐在复杂换热结构内的对流换热特性实验研究及进展

揭示熔盐在复杂换热结构内的对流换热规律,实现系统的高效换热是发展下一代先进核能发电技术和高温光热发电技术要解决的关键问题之一.本文首先回顾了熔盐对流换热实验的研究历程,总结发现其经历了从光滑管到强化管、从管内到换热器壳侧的发展过程;同时指出研究熔盐在换热器壳侧复杂结构内的换热规律是今后一项十分重要的工作.接着,系统介绍了作者团队近年来对熔盐在普通的管壳式换热器、大小孔折流板换热器、弓形折流板换热器、折流杆换热器的壳侧,以及印刷电路板换热器翼型肋片侧5种复杂结构内的对流换热规律的实验研究工作;总结了上述研究中获得的熔盐在5种复杂结构内的对流换热实验关联式,同时给出了关联式具体的参数适用范围.这些实验关联式具有形式简单、精度较高等特点,可以满足工程需求.最后,对上述复杂结构中的熔盐换热性能进行了对比分析.结果表明, 4种管壳式换热器壳侧的换热能力为大小孔折流板换热器折流杆换热器弓形折流板换热器普通的管壳式换热器;此外,还发现翼型印刷电路板换热器的单位体积换热量远大于4种管壳式换热器.最后,探讨了复杂换热结构内的熔盐对流换热方面需要进一步探究的内容.     

交流阻抗法研究溅射CoCrAlY涂层的熔盐热腐蚀

电化学交流阻抗测量技术现已广泛应用于有机涂层的水溶液腐蚀研究.近年来,用交流阻抗法研究熔盐热腐蚀日趋活跃,可望用于现场监测高温熔融盐引起的燃烧装置如发电站锅炉、燃油设备、流化床燃烧系统及其它设备的腐蚀.但由于熔融盐温度高,体系复杂,反应速度快等特点,给合金的熔盐热腐蚀的交流阻抗研究带来一定的困难,特别是在熔盐热腐蚀的交流阻抗模型的建立及其动力学参数的解析等方面.作者曾围绕这一问题开展了一些研     

钼的库仑滴定

Iinuma和Yoshimori曾经用库仑滴定法测定钼,他们预先将六价钼用锌汞齐还原至三价,以过量的三价铁氧化三价钼,析出来的二价铁再用电解产生的氧化剂进行库仑滴定,从而得到钼的测定。由于三价钼是非常強的还原剂,在空气中极易被氧化,必须在隔离空气的条件下进行,因而此法比较麻烦,操作不便,而且准确度也不够高。 Kolthoff和Tomi(?)ek曾用三价钛对钼酸盐进行电位滴定,他们在5—10％的盐酸介质中,温度为75—80℃时得     

理论势函数的网络表示研究

提出用网络表示理论势函数的模型 .用量子化学从头计算方法计算熔盐体系离子间势 ,用Born_May er_Huggins经验势函数表达网络势的物理意义 ,用反传人工神经网络校正经验势近似 ,表达其偏差部分 .初步结果表明理论势函数网络可供熔盐体系计算机模拟参考     

熔盐电解制备难熔金属及合金的回顾与展望

 难熔金属及合金的制备一直以来是一个耗能、复杂且困难的冶金及材料制备过程。如何从复杂高熔点金属氧化物矿物中直接提取获得高价值金属及合金,是新时代冶金及金属材料制备领域的研究重点和难点之一。近年发展起来的新熔盐电脱氧技术,可望对这一困境带来解决途径。笔者对“传统”熔盐电解法制备难熔金属进行了回顾,分析其面临的难题;对Fray-Farthing-Chen(FFC)剑桥法为代表的新熔盐电脱氧方法进行介绍,并重点介绍和展望了本课题组改进的固体透氧膜(SOM)法在该领域的发展和前景。     

理论势函数的网络表示研究

提出用网络表示理论势函数的模型 .用量子化学从头计算方法计算熔盐体系离子间势 ,用Born-May er-Huggins经验势函数表达网络势的物理意义 ,用反传人工神经网络校正经验势近似 ,表达其偏差部分 .初步结果表明理论势函数网络可供熔盐体系计算机模拟参考     

钛在溴化物熔盐中的电化学研究

一、引言最近由于溴化物熔盐可能成为制备、精炼,再生难熔金属和研究熔盐本性的熔体,因此已有溴化物熔盐的工作发表,金属钛在氯化物熔盐中的电化学研究范围较广,而溴化物熔盐的研究极少,本文就钛在溴化物熔盐中的电极电势以及Ti—Ti~( )—Ti~( )之间的平衡等方面进行了研究,并对有关的热力学性质进行了讨论。     

二元熔盐溶液的量纲分析

近年来,有人引用量纲分析于熔盐物理化学,总结了熔盐熔点和表面张力的规律,还有人讨论了熔盐相图的相似性。在本文中,我们将量纲分析应用于二元熔盐溶液,总结其结构和热力学性质的关系。这一方法也可应用于多元系。在多元系中应用的结果,今后将另文报导。 1、A_nB_m—A_n′Cm′系静电混合能的相似判据设有A_nB_m—A_n′Cm′系,其混合能主要是静电混合能,且为离子半径的函数: △E=f″(γA,γB,γC) (1) 或f′(△E,γA,γB,γC)=0(2) 因价型固定,电子电荷为常数,静电能z_1z_2e~2/γ的电荷量纲可不考虑,仅考虑长度量     

离子液体在核燃料后处理中的应用

核燃料后处理是核燃料循环的核心,对于核环境安全和核能的可持续发展意义重大.离子液体作为"新一代绿色溶剂"在核燃料后处理中具有广阔的潜在应用前景.离子液体可以替代易挥发的有机溶剂用于水法后处理萃取分离放射性核素,也可以替代强腐蚀性的高温熔盐用于干法后处理电解回收金属离子.本文在作者工作基础上总结了近年来离子液体用于核燃料水法和干法后处理的基础研究成果,归纳和分析了其中的关键科学问题.此外,由于核燃料后处理涉及强辐射应用环境,离子液体的辐射稳定性是其实际应用的前提和关键,因此本文还综述了国内外有关离子液体辐射效应的研究进展,评估了离子液体用于核燃料后处理的辐射化学可行性.最后,基于当前的研究现状和研究水平展望了离子液体在核燃料后处理应用方面的研究前景.     

三靶式高频溅射仪

高频溅射是近年来薄膜技术的重要发展。这是由于它能制备各种金属、半导体以及介质薄膜,并且具有膜纯、附着牢、成份可保持不变等特点,还可用反应溅射制备化合物薄膜。因此在薄膜电路、集成电路、红外器件、微波器件等电子工业的各个领域得到广泛的应用。此外,也正在发展采用高频溅射技术制备超导薄膜、磁性薄膜、耐腐蚀薄膜、光学薄膜以及在其他各个领域中的