LaF3-LiF-La2O3熔盐体系物理化学性质的研究

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目前,氧化物-氟化物熔盐电解法已成为现代工业生产稀土金属的主要方法。近年来,我国稀土氧化物-氟化物电解取得了一些改进和优化,电解槽容量也从最初的3kA增加到10kA,但在生产实践过程中暴露出的很多问题,如高能耗、高污染和高成本问题没能得到根本解决。稀土行业如果能够实现低槽电压、高电流效率、节能环保制备稀土金属,将获得巨大的经济效益和社会效益。但是由于稀土金属的化学性质非常活泼、稀土氟化物熔盐具有强腐蚀性以及稀土氧化物在电解质中溶解度很小等原因,一直没能找到合适的方法应用于稀土金属的工业生产。对LaF3-LiF-La2O3熔盐电解质体系物理化学性质的研究具有重要的实践意义,它能够为改进电解工艺、指导实际生产和设计新型电解槽提供很好的数据参考。基于以上背景,本文对LaF3-LiF-La2O3熔盐电解质体系物理化学性质进行了初步的探索性实验和基础性研究。  本文采用动态热分析法对LaF3-LiF熔盐的初晶温度进行了研究。利用LaF3-LiF熔盐体系的步冷曲线确定了其在不同配比下的初晶温度,分析了该体系初晶温度随熔盐组分含量的变化规律。实验结果表明当LaF3摩尔含量低于15%时,LaF3-LiF电解质体系初晶温度随着LaF3摩尔含量的增加而降低;当LaF3摩尔含量大于15%时,体系初晶温度随着LaF3摩尔含量的增加开始急剧上升,但随着LaF3摩尔含量增加,初晶温度上升的速率会下降。  在本文中还研究了La2O3在LaF3-LiF熔盐中的溶解机理及溶解能力,并对溶解平衡时间经行了实验研究。实验采用X射线衍射对混合熔盐进行物相分析,采用等温饱和法研究La2O3在LaF3-LiF熔盐中的溶解能力。实验结果发现:La2O3在LaF3-LiF熔盐中的溶解机理是La2O3首先与熔盐中的LaF3、 LiF发生化学反应生成新物质LaOF,LaOF再离解或络合形成其他离子溶解于LaF3-LiF熔盐电解质体系中。La2O3在LaF3-LiF熔盐电解质中的溶解度非常有限。La2O3在LaF3-LiF熔盐电解质体系中的溶解平衡时间约为1.5h,La2O3的溶解度随着电解质中LaF3浓度的增大而增大,LaF3的含量对La2O3的溶解度有较大影响。  电导率是LaF3-LiF-La2O3熔盐电解质体系非常重要的性质,本文采用连续改变电导池常数法(CVCC法)对该熔盐电解质体系的电导率进行了实验研究。测量了不同温度,不同LaF3质量百分比,不同La2O3加入量时,LaF3-LiF-La2O3熔盐电解质的电导率。分析了熔盐电解质各组分含量及温度对电导率的影响。实验结果表明:相同配比下的LaF3-LiF-La2O3熔盐电解质体系电导率均随着温度的升高而变大;在LaF3-LiF配比相同的情况下,熔盐电导率随着La2O3加入量的增大,呈现先增后减的变化规律;当熔盐温度和La2O3加入量一定时,熔盐电导率随着LiF百分含量的增加而增加。
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