NaF-KF-LiF-AlF-,3-系鋁電解質(zhì)熔鹽電導(dǎo)率研究.pdf

1、高能耗與高（溫室氣體）排放問(wèn)題正嚴(yán)重制約著鋁電解工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。低溫鋁電解是實(shí)現(xiàn)鋁電解節(jié)能降耗的重要途徑，低溫、高Al2O3濃度、高電導(dǎo)電解質(zhì)的開(kāi)發(fā)是該技術(shù)成功的關(guān)鍵。 論文在國(guó)家“863計(jì)劃”和中國(guó)鋁業(yè)公司的資助下，以發(fā)展低溫鋁電解技術(shù)、升級(jí)改造現(xiàn)行鋁電解工業(yè)為目標(biāo)，通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研并結(jié)合前期研究工作，選擇NaF-KF-LiF-AlF3鋁電解質(zhì)體系為研究對(duì)象，研究了單一堿金屬氟化物及KF-AlF3二元熔體溫度、組成的變化對(duì)熔鹽電

2、導(dǎo)率的影響規(guī)律，以及熔體過(guò)熱度、分子比與添加劑等對(duì)鋁電解質(zhì)熔鹽電導(dǎo)率的影響；在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了NaF-KF-LiF-AlF3系多組分電解質(zhì)熔鹽的電導(dǎo)率與溫度及組成的關(guān)系，獲得了如下主要研究結(jié)果： （1）單一堿金屬氟化物L(fēng)iF、NaF及KF的電導(dǎo)活化能分別為93.11、104.57和140.45 kJ/mol，溫度每升高10℃，對(duì)應(yīng)熔鹽電導(dǎo)率分別提高0.0532 S·cm-1、0.0267 S·cm-1和0.0314 S·c

3、m-1。在相同溫度下，受熔鹽中陽(yáng)離子半徑的影響，LiF、NaF和KF電導(dǎo)率比值約為2.5：1.26：1。受離子鍵能強(qiáng)弱不同影響.相同熔體溫度下K3AlF6熔鹽電導(dǎo)率遠(yuǎn)小于Na3AlF6，比例大約在1.647：1。 （2）對(duì)于低分子比（CR<2.3）鋁電解質(zhì)，分子比每升高0.1，電導(dǎo)率提高約0.1 S·cm-1；而分子比為2.3～2.8時(shí)，隨著分子比變化，熔鹽電導(dǎo)率波動(dòng)差距僅為0.1～0.2S·cm-1；過(guò)熱度每升高10℃，其熔體

4、電導(dǎo)率可提高約0.05S·cm-1。在1～5wt.％范圍內(nèi)，電解質(zhì)中LiF添加量每增加1wt.％，相同溫度下電導(dǎo)率提高約0.024S·cm-1；當(dāng)KF替代比例從0增加到26wt.％時(shí)，電解質(zhì)電導(dǎo)率從2.02S·cm-1下降到1.6S·cm-1，用KF全部替代NaF時(shí)，熔鹽電導(dǎo)率為1.24S·cm-1。 （3）獲得了初晶溫度介于890～920℃的多種NaF-KF-LiF-AlF3系多組分電解質(zhì)組成，與工業(yè)鋁電解質(zhì)相比，其Al2O3

5、在熔體中的溶解性能可比或有所提高，且電導(dǎo)率提高5～10％。還確定了初晶溫度介于800～850℃的NaF-KF-LiF-ALF3系多組元電解質(zhì)組成：KF含量為8.0wt，％，LiF含量<11wt.％，860℃時(shí)的電導(dǎo)率>1.6S·cm-1。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的非線性擬合，獲得了相關(guān)系數(shù)為0.9551、平均誤差為0.123S·cm-1的NaF-KF-LiF-AlF3電解質(zhì)體系電導(dǎo)率計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式：κ=7.167-2.457NaF-2.457KF-

6、6.768LiF-2.104AlF3-3.923NaF2+3.795KF2+10.442LiF2-6.083AlF32-7.741（CaF2+MgF2+Al2O3）-7.469（T/1200）+8.756（T/1200）2式中：NaF為0～50wt.％， KF為0～50wt.％ LiF為0～50wt.％， AlF3為30～40wt.％， CaF2為0～5 wt.％， MgF2為0～5wt.％， Al2O3為0～5wt.％，電解質(zhì)溫度T為