熔盐电解法生产金属.ppt

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 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。 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 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 金属镁 Electrochemical methods Thermal reduction methods 金属镁 Electrochemical method Thermal reduction method 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 LiCl–KCl eutectic Feed LiCl Temperature 400–460°C Anode Carbon Cathode Mild Steel Overall Cell Reaction LiCl (l)→ Li (l) + 1/2 Cl2 (g) for which E°427°C = 3.6 V Anode Cl– →1/2 Cl2 (g) + e– Cathode Li+ + e– → Li (l) Current Density 2 A/cm2 Energy Consumption 35 kWh/kg 金属锂 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) 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 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1.5-2.5%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 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 金属钼的生产 钼电沉积 非金属的生产 熔盐电解法生产硅 硅的生产 Sir Humphry Davy 汉弗里·戴维 （1778-1829） Overall reaction: MgCl2 →Mg + Cl2 –Anode Reaction: 2 Cl- → Cl2