熔盐电解法生产金属
镁的冶炼方法
镁的冶炼方法
镁是一种常见的金属元素，具有较低的密度和良好的机械性能，因此在航空航天、汽车、电子等领域有着广泛的应用。
而镁的冶炼方法对于镁的纯度和性能有着重要影响。
下面我们将介绍几种常见的镁的冶炼方法。
首先，我们来介绍镁的熔炼法。
镁的熔炼法是将镁矿或者镁盐在高温条件下熔化，然后通过冷却结晶得到纯净的镁。
这种方法适用于镁矿含量较高的情况，但由于镁的熔点较高，熔炼过程中需要耗费大量能源，且设备成本较高。
其次，还有镁的电解法。
镁的电解法是将镁盐溶解在溶剂中，然后通过电解的方式将镁离子还原成镁金属。
这种方法具有生产效率高、能耗低的优点，适用于镁矿含量较低的情况。
但是电解法对原料的纯度要求较高，且设备投资较大。
另外，还有镁的熔融气相法。
镁的熔融气相法是将镁矿或者氧化镁在高温下与氢气或者碳热还原，生成镁蒸汽，然后通过凝结得到纯净的镁。
这种方法具有生产效率高、能耗低的优点，适用于镁矿含量较高的情况。
但是熔融气相法对原料的纯度要求较高，且设备投资较大。
最后，我们来介绍镁的熔盐电解法。
镁的熔盐电解法是将镁盐溶解在熔盐中，然后通过电解的方式将镁离子还原成镁金属。
这种方法具有生产效率高、能耗低的优点，适用于镁矿含量较低的情况。
但是熔盐电解法对原料的纯度要求较高，且设备投资较大。
总的来说，镁的冶炼方法有多种，每种方法都有其适用的场合和特点。
在实际生产中，需要根据原料的情况、生产规模和经济成本等因素选择合适的冶炼方法，以确保生产的效率和质量。
希望本文介绍的内容能为相关领域的从业者提供一些参考和帮助。
熔盐电解法制取稀土金属
熔盐电解法制取稀土金属熔盐电解法制取稀土金属(preparation of rare earth metal by molten salt electrolysis)在直流电流作用下，含稀土熔盐电解质中的稀土离子在电解槽阴极获得电子还原成金属的稀土金属制取方法。
这是制取混合稀土金属，轻稀土金属镧、铈、镨、钕及稀土铝合金和稀土镁合金的主要工业生产方法。
有氯化物熔盐电解和氟化物熔盐电解两种方法，工业上主要采用前一种方法。
产品稀土金属的纯度一般为95％～98％，主要作为合金成分或添加剂广泛应用于冶金、机械、新材料等部门。
与金属热还原法制取稀土金属相比，此法具有成本较低、易实现生产连续化等优点。
赫里布兰德(w．Hillebrand)等人在1857年首次用稀土氯化物熔盐电解法制取稀土金属。
1940年奥地利特雷巴赫化学公司(Treibacher Chemische Werke A G )实现了熔盐电解制取混合稀土金属的工业化生产。
1973年西德戈尔德施密特公司(Th．Goldschmidt AG)以氟碳铈镧矿高温氯化制得的氯化稀土为原料，用50000A密闭电解槽电解生产稀土金属。
1902年姆斯马(W．Munthman)提出用氟化物熔盐电解法制取稀土金属。
80年代苏联采用这种熔盐电解法在24000A电解槽中电解生产稀土金属。
中国从1956年开始研究氯化物熔盐电解法，现已发展到用1000、3000和10000A电解槽电解生产混合稀土金属和镧、铈、镨等的规模。
70年代初又开始研究氟化物熔盐电解法，80年代用于金属钕的工业生产，现已扩大到3000A电解槽的生产规模。
氯化物熔盐电解以碱金属和碱土金属氯化物为电解质，以稀土氯化物为电解原料的熔盐电解方法，从阴极析出液态稀土金属，阳极析出氯气。
这种方法具有设备简单、操作方便、电解槽结构材料易于解决等特点，但也存在氯化稀土吸水性强、电流效率低等问题。
RECI3 - KCl是目前较理想的电解质体系，由于NaCI比KCI价廉，所以RECI3 - KCI - NaCl 三元系也是工业上常用的电解质体系。
熔盐电解法制备金属钛
03
适宜的电解时间应根据电极材 料、熔盐组成、电流密度和电 解温度等因素来确定。
04 熔盐电解法制备金属钛的 优缺点
优点
高效率
熔盐电解法是一种高效的制备金属钛的方法，能够在相 对较短的时间内生产大量的钛。
高纯度
通过熔盐电解法制备的金属钛纯度高，适用于高端制造 业和航空航天领域。
ABCD
低能耗
该方法使用的能源相对较低，有助于降低生产成本和减 少环境污染。
3
电解温度的选择通常根据熔盐的物理化学性质、 电极材料的耐热性和电解槽的设计等因素来确定。
电解电压
01
电解电压是熔盐电解法制备金属钛的另一个关键参数，它决 定了电解过程的能量消耗。
02
降低电解电压可以提高电解效率，减少能源消耗，同时降低 环境污染。
03
电解电压的选择与电极材料、熔盐组成、电流密度和电解温 度等因素有关。
优化。
应用前景
航空航天领域
钛合金具有高强度、低密度等优点，在航空航天领域有广 泛应用，熔盐电解法制备金属钛有望成为该领域的重要原 料来源。
能源领域
钛合金在高温和腐蚀性环境下具有优良的耐久性，可用于 制造核反应堆、太阳能热电站等能源设施的关键部件。
汽车工业
随着环保意识的提高，汽车工业正在寻求轻量化材料，钛 合金作为一种高性能材料，有望在汽车工业中得到广泛应 用。
电解过程
01
将电解熔盐加热至适宜的温度，并通入直流电进行电
解。
02
在电解过程中，阳极上二氧化钛发生氧化反应生成钛
离子，阴极上钛离子得到电子还原成金属钛。
03
控制电解参数如电流密度、电解温度和时间，以获得
高质量的金属钛。
金属钛的收集与处理
氧化物熔盐电解法制取金属钕
氧化物熔盐电解法制取金属钕1. 金属钕生产工艺以氟化钕为原料的钙热还原法生产周期短、产品质量稳定。
无论还原或蒸钙铸锭都要在中频炉中进行，设备投资高。
如果氟化钕的湿法生产过程中极难度过滤的问题得到解决氟化钕的成本低于氧化钕的成本，这个方法必然显示出它的生命力。
为适应以氯化钕为原料而进行电解，最好加入镁来降低阴极产品的熔点，使其在钕的熔点以下进行，减少氯化物电解质的挥发损失。
这对于具备氯化钕生产能力的稀土厂是有益的。
据称采用这种方法生产的钕也能满足钕铁硼生产要求。
因为含氧高，在建立钕的国标时，只好认为是需另订一种标准的产品，行家们还认为氯化物易于吸潮，电解持久性差，且放出有害的氯气，为其不足之处。
因而缺乏竞争力，个别厂家用氯化钕为原料，电解钕铁合金，自用于钕铁硼的生产，所生产的钕铁合金成分的一致性差。
用氧化钕作为原料，以氟化物为电解质，采用熔盐电解法生产金属钕，因氟化物沸点高，可在钕的熔点以上惊醒电解。
该法设备投资少，工艺简单，国内很多地方引进研究单位的技术，一哄而上，出现了产大于销，竞相出口，亏本销售，以次充好的局面，导致有些单位无法生存下去。
2. 氧化物电解钕生产2.1 设备氧化物电解钕用调压器、整流器配套，提供电解的直流电。
整流器为硅整流，最大输出电压为36伏，电流为3000安培。
也有采用72伏输出，两台电解槽串联电解。
这样不仅主电路复杂化，而且因炉子运行情况不一，给操作带来困难，但其好处是升温快。
我们在生产实践中也遇到升温的困难，主要是由于电解质的导电性不好所致，调整电解质的组成很容易得到解决。
否则，就是把温度升上去了，电解效果也不会好。
电解槽的正常电解电流有一千多安培和二千多安培两种规模。
前者日产金属钕30公斤左右，后者日产量可达50公斤。
2.2 原料和电解质氧化钕为草酸盐煅烧所得，可满足国标规定要求，实践证明国标中未作规定的含碳和氯根必须加以严格控制，若因贮存使灼碱超标并不影响点解效果。
熔盐电解法制备超细AlZr金属间化合物颗粒的方法[发明专利]
![熔盐电解法制备超细AlZr金属间化合物颗粒的方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/67e3cbc1bd64783e08122b2c.png)
专利名称：熔盐电解法制备超细AlZr金属间化合物颗粒的方法专利类型：发明专利
发明人：王兆文,陈丽羽,石忠宁,高炳亮,胡宪伟,杨酉坚
申请号：CN201811174013.5
申请日：20181009
公开号：CN109055997A
公开日：
20181221
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于材料制备技术领域，尤其涉及一种熔盐电解法制备超细AlZr金属间化合物颗粒的方法。
该方法包括如下步骤：S1、将电解质加热至熔融状态，并以铝液为阴极，以碳为阳极，电解制备难熔铝锆合金；所述电解质成分为NaF·AlF、CaF和ZrO；S2、将步骤S1中制备的铝锆合金与碱性溶液进行反应，待反应结束后过滤，得到滤渣；S3、将步骤S2中得到的滤渣与酸性溶液混合，在超声条件下反应，过滤得到AlZr金属间化合物。
该方法采用熔盐电解法制备AlZr金属间化合物，工艺简单、操作方便，制备得到的AlZr金属间化合物粒径小、纯度高。
申请人：东北大学
地址：110169 辽宁省沈阳市浑南区创新路195号
国籍：CN
代理机构：北京易捷胜知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：韩国胜
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金属的熔盐电解
金属的熔盐电解金属的熔盐电解是一种重要的化学过程，广泛应用于金属提取、电镀、电解制氯等领域。
在金属的熔盐电解过程中，金属离子在高温高浓度的熔盐中被还原成金属，同时在电极上发生氧化反应。
本文将从熔盐的特性、电解过程和应用领域等方面介绍金属的熔盐电解。
一、熔盐的特性熔盐是指在高温下呈液态的盐类物质。
由于熔盐具有较低的熔点和较高的电导率，使其成为金属的理想溶剂。
常用的熔盐有氯化钠、氯化钾等。
熔盐的特性决定了它能够在高温下提供足够的离子导电能力，为金属的熔盐电解提供了条件。
金属的熔盐电解是利用电流通过熔盐溶液，使金属阳极溶解，阴极析出金属的过程。
在金属的熔盐电解中，电流的作用下，金属离子在熔盐中向阴极移动，并接受电子转化为金属原子，同时在阳极上发生氧化反应，金属原子溶解成金属离子。
通过这一过程，金属离子被还原成金属，从而实现了金属的提取或电镀等目的。
三、金属的熔盐电解应用领域1. 金属提取：金属的熔盐电解是一种常用的金属提取方法。
例如，铝的生产就采用了铝熔盐电解法，通过电解氧化铝熔盐溶液，从中提取纯铝金属。
2. 电镀：金属的熔盐电解也被广泛应用于电镀行业。
通过电解金属盐溶液，将金属离子沉积在导电基材上，形成均匀且致密的金属镀层，以提高材料的防腐性和美观性。
3. 电解制氯：氯气是一种重要的化工原料，广泛应用于制药、化肥等行业。
电解氯化钠溶液是制备氯气的主要方法之一，通过熔盐电解可以高效地制备氯气和氢气。
金属的熔盐电解具有以下优点：1. 可以高效地提取金属，提高资源利用率。
例如，铝熔盐电解法相对于传统的冶炼方法，能够节约能源和原材料，降低生产成本。
2. 可以获得纯度较高的金属产品。
金属的熔盐电解可以实现对金属离子的选择性还原，从而获得纯度较高的金属产品。
3. 可以实现自动化生产。
金属的熔盐电解可以通过控制电流和电压等参数，实现对电解过程的精确控制，从而实现自动化生产。
金属的熔盐电解是一种重要的化学过程，广泛应用于金属提取、电镀、电解制氯等领域。
第十章_熔盐电解
熔盐电解时在熔融电解质一衬里界面上呈现另一界面张力，是熔盐在毛细吸力的影响
下与往衬里（如铝电解槽的碳阴极块内部）渗透，熔盐这种吸入作用的强度决定于毛细压
力：
2 cos P r
式中 θ——熔盐的润湿角；
（10 - 4）
σ——熔盐（电解质）与气相界面上的表面张力：
r——毛细管（孔隙）的半径；
可以看出，熔体向毛细管内的渗入程度，不仅与孔隙的大小有关，而且和熔体对固相的润
熔盐是不含有惰性溶剂的离子液体。因此，从某种意义上讲，熔盐中的迁移现象比水 溶液体系更为简单，如对纯盐就不存在扩散现象。
但是在熔盐电化学中经常用到自扩散的概念。所谓自扩散是指示踪离子在同种普通离 子熔盐中的扩散。例如，将放射性的 22Na+离子加入到普通的 NaCl 熔盐中，使之形成 的浓 度梯度，此时便会出现 22Na+在 NaCl 熔盐中的扩散，这种示踪离子在与自身化学性质相同 的离子盐中的扩散叫作自扩散，其扩散系数叫作自扩散系数。 两种或多种盐类混合时，可能出现不同离子间的浓度差，这时出现的扩散现象称为互扩散， 相应的扩散系数叫作互扩散系数。
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 铝的电介质是冰晶石（Na3AlF6）和氧化铝等组成的。因此，在讨论熔盐的盐系的物理化 学性质时，将主要涉及到由元素周期表中第二、第三族有关金属的氯化物、氟化物和氧化 物组成的盐系。
盐系的熔度图
由不同的盐可以组成不同的熔盐体系， 这些熔盐体系将具有不同的熔度图。 在碱金属卤化物组成二元盐系中，可以归类 成具有二元共晶的熔度图，有化合物形成的 二元熔度图，液态、固态完全互溶的二元系 熔度图和液态完全互溶、固态部分互溶的二 元系。
图 10-5
金属镉的制备及其应用研究
金属镉的制备及其应用研究金属镉是化学元素镉的一种物理形态，具有优良的导电性能和化学稳定性，在电子工业和光电子工业等领域具有广泛应用。
本文将介绍金属镉的制备方法和应用研究进展。
一、金属镉的制备方法目前，金属镉的制备主要有两种方法：熔盐电解法和气相还原法。
1.熔盐电解法熔盐电解法是通过电解二氧化碳-氯化镉溶液来制备金属镉的一种方法。
首先，将氯化镉加入熔化的二氧化碳中形成氯化镉溶液。
然后，将氯化镉溶液放入电解槽中，通电进行电解。
在电解的过程中，电解槽的温度需要保持在650摄氏度以上，以确保氯化镉溶液的熔化状态。
经过电解反应，金属镉沉积在电解槽的阴极上，而氯离子则在阳极上形成氯气。
该方法制备的金属镉纯度较高，但需要高温条件和氧化镉等预处理步骤。
同时，该方法也存在电解效率低、氯气污染等缺点。
2.气相还原法气相还原法是通过还原镉氧或氧化镉等化合物来制备金属镉的一种方法。
气相还原法包括多种细节步骤，例如控制反应气氛、温度和反应时间等。
一般的制备过程涉及还原反应和反应前后的薄膜处理。
具体来说，制备过程是在氢气和氮气的混合气氛中，将镉氧或氧化镉等化合物加热至一定温度，使其还原成金属镉。
同时，制备过程中需要进行薄膜处理，以保持金属镉的纯度和光学性能。
该方法制备的金属镉纯度较高，且操作简单。
但需要优化反应条件和控制反应气氛等细节因素。
二、金属镉的应用研究进展1.电子工业金属镉是一种制造直女管发射极的重要原材料。
直女管是一种传统的电视机显像管，其发射极需要具备良好的电子发射性能和长寿命。
金属镉在制造直女管发射极或其他电子元器件时便起到关键作用。
2.光电子工业金属镉在LED和激光二极管等光电器件中广泛使用。
这些光电器件通常需要在复杂环境条件下工作，因此金属镉在电子发射性能、长寿命和抗氧化性等方面的特性使其成为优良的光电材料。
3.医学领域金属镉在医学领域中也有一定应用。
例如，铷-镉源用于治疗癌症、射线保健和暴露监测等。
此外，铷-镉源也用于放射性元素的测量和校准。
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导论
• 水溶液电沉积的局限性:水溶液电解质的电 化学窗口较小，只有少数金属可从水溶液 中电沉积出来。
• 例如
– 在低活化过电位和高电流效率的情况下：Mn、 Ni、Zn、Cd、Hg、Ga、In、Tl、Pb、Ag、Au 和Sn
– 在低电流效率和高活化过电位的情况下：铂族 金属
导论
金属镁
• Electrochemical methods
• Thermal reduction methods
Overall reaction: MgCl2 →Mg + Cl2 –Anode Reaction: 2 Cl- → Cl2 + 2 e–Cathode Reaction: Mg2+ + 2 e- → Mg
•• TThheerrmmaall reduction mreedtuhcotdiosn method
•Silicothermic Processes •The Pidgeon Process •The Magnetherm Process •The Bolzano Process
•Aluminothermic Processes •Carbothermic Process
Electrolyte:
MgCl2 15-25 mass% NaCl 55-60 mass%
CaCl2 20-25 mass% CaF2 1 mass% Temperature: 680-700oC
Cathoห้องสมุดไป่ตู้e : Steel
Anode : Graphite
金属镁
•• EElleeccttrroocchheemmiiccaall mmeetthhoodds
熔盐电解法生产金属 Metal Production By Molten Salt
Electrolysis
高炳亮
内容
• 导论 • 轻金属的生产-铝、镁和锂 • 稀土金属的生产-钕 • 难熔金属的生产-钛、钨和钼 • 非金属的生产-硅
导论
• 戴维是第一个采用熔盐电解法制 备金属的人。
– 1806年，戴维从熔融NaOH中电解制 得金属Na
• Anode • Cathode • Current Density • Energy Consumption
LiCl–KCl eutectic
LiCl 400–460°C
Carbon
Mild Steel
LiCl (l)→ Li (l) + 1/2 Cl2 (g) for which E°427°C = 3.6 V Cl– →1/2 Cl2 (g) + e– Li+ + e– → Li (l) 2 A/cm2
金属锂的生产
• 是金属中比重最轻的金属 元素
• 银白色，密度0.534克/厘 米3，熔点180.54℃。沸点 1317℃。
• 充当脱氧剂和脱硫剂 • 火箭燃料的最佳金属之一 • 合金化元素 • 6Li捕捉低速中子能力很强
，可以用来控制铀反应堆 中核反应发生的速度 • 电池中用作阳极材料
金属锂
• Electrolyte • Feed • Temperature • Anode • Cathode • Overall Cell Reaction
• 金属钕的最大用户是钕铁 硼永磁材料
• 在镁或铝合金中添加1.52.5%钕，可提高合金的高 温性能、气密性和耐腐蚀 性，广泛用作航空航天材 料
钕电解
• Electrolyte LiF–NdF3 eutectic
• Feed
Nd2O3
• Temperature 1100–1200°C
• Anode
Carbon
• Cathode
Tungsten
Overall Cell Reaction 2Nd2O3 + 3C→4Nd(l) + 3CO2(g)
Anode
3[NdOF5]4- +1.5C - 6e- = 1.5CO2(g) + 15F-
Cathode
2[NdF6]3-+ 6e- = 2Nd(i) + 12F-
• 邓小平曾说过：“中东有石油，中国有稀土”， 中国是唯一能够提供全部17种稀土金属的国家， 已探明储量为8389万吨(稀土氧化物)，占世界总 储量的56%，居世界第一，是名副其实的“稀土 大国”
钕的生产
• 钕的原子序数60，原子量 144.24
• 钕为银白色金属，熔点 1024°C，密度7.004克/ 厘米3
Density, g/cm3 19.25 10.28 8.57 16.69 21.02 4.506
Young’s Modulus, GPa
411
329
105
186
463
116
Mohs Hardness 7.5 5.5 6.0 6.5 7.0 6.0
35 kWh/kg
金属锂
Fig: Electrolytic preparation of lithium
稀土金属
• 轻稀土包括：镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、 钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)
• 重稀土包括：铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、 铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、钪(Sc)和钇(Y)
难熔金属的生产
• 金属钛的生产 • 金属钼的生产
难熔金属
难熔金属具有一些独特的特性：高熔点、抗腐蚀、 耐磨 通常将以下5种金属称作难熔金属：钨(W)、钼(Mo)、 铌(Nb)、钽(Ta)和铼(Re)
W
Mo
Nb
Ta
Re
Ti
Melting point, ℃ 3410 2610 2468 2996 3180 1668
– 1807年，戴维从熔融KOH中电解制 得金属K。
– 1808年，戴维从熔融Ca(OH)2-HgO 混合熔盐中电解制得金属Ca。
– 1808年，戴维从熔融Mg(OH)2-HgO 混合熔盐中电解制得金属Mg。
– 1808年，戴维从熔融钡盐中电解制 得金属Ba。
Sir Humphry Davy 汉弗里·戴维
轻金属的生产
• 金属铝的生产 • 金属镁的生产 • 金属锂的生产
金属镁的生产
• 1808年，英国的戴维，用 钾还原氧化镁，最早制得 少量的镁
• 物理性质：银白色，密度 1.738克/厘米3，熔点 648.9℃，沸点1090℃。
• 常用做还原剂，去置换钛 、锆、铀、铍等金属
• 结构特性类似于铝，具有 轻金属的各种用途，可作 为飞机、导弹的合金材料