熔鹽電化學(xué)基礎(chǔ)ppt課件.ppt

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1、第八章熔鹽電化學(xué)基礎(chǔ)電化學(xué)主要研究電能與化學(xué)能之間相互轉(zhuǎn)化及規(guī)律的一門科學(xué)，冶金電化學(xué)則是電化學(xué)在冶金科學(xué)中的應(yīng)用，它主要包括熔鹽電化學(xué)、水溶液電化學(xué)、腐蝕電化學(xué)等。本章主要討論熔鹽電化學(xué)的基礎(chǔ)知識?！?熔鹽的性質(zhì)主要介紹熔鹽的密度、粘度、導(dǎo)電率、表面張力、蒸汽壓和遷移數(shù)等性質(zhì)。一密度單位體積的質(zhì)量稱為密度。密度是熔融鹽的一個重要物理化學(xué)性質(zhì)。在熔鹽電解中電解質(zhì)與金屬液體的分離，火法冶金中不同熔體間的分層和分離在生產(chǎn)中許多動力學(xué)現(xiàn)象都與熔融鹽溶液的密度有關(guān)。密度測定是研究熔融鹽結(jié)構(gòu)的一種間接方法，由準(zhǔn)確的密度值還可以導(dǎo)出膨脹系數(shù)和偏克分子體積等性質(zhì)。熔融鹽溶液的密度通常用流體靜力稱

2、量法（阿基米德法）和最大氣泡壓力法來測定。純?nèi)廴邴}的密度與溫度的關(guān)系一般可用下式表示：8-1式中—熔融鹽在某一溫度t時的密度；—熔點時的密度；—與熔融鹽性質(zhì)無關(guān)的系數(shù)對大部分純?nèi)廴邴}來說，上式在其沸點以前都是正確的，只有一部分鹽類的密度與溫度的關(guān)系不是呈直線，而是平方關(guān)系，如K2WO4及K2MoO4熔融鹽。二蒸汽壓蒸汽壓是物質(zhì)的一種特征常數(shù)，它是當(dāng)相變過程達(dá)到平衡時物質(zhì)的蒸汽壓力，稱為飽和蒸汽壓。對于單組分的相變過程，根據(jù)相律：8-2可知蒸汽壓僅是溫度的函數(shù)。對于多組元的溶液體系，蒸汽壓同時是溫度和組成的函數(shù)，如果相變是引入惰性氣體或真空條件下進行時，則蒸汽壓也是與體系平衡的外壓的

3、函數(shù)。不同物質(zhì)的蒸汽壓不僅各不相同，而且有時甚至是相差極大，對于熔融鹽溶液，因為各組分揮發(fā)性的不同，測定中很難長時間地維持成分穩(wěn)定，因此，蒸汽壓測定時常采用多種測定方法，以保證測量的準(zhǔn)確。由于大多數(shù)熔融鹽的蒸汽壓較低，通常采用沸點法、相變法和氣流攜帶法測定。圖8-1列出一些氯化物的蒸汽壓與溫度的關(guān)系。在圖上看到，晶格中離子鍵部分占優(yōu)勢的鹽，如NiCl2、FeCl2、MnCl2、MgCl2、CaCl2等，它們的蒸汽壓甚至在600～700℃時也是很低的，在800～900℃時才變得顯著些。而具有分子晶格的鹽類，如SiCl4、TiCl4、AlCl3、BeCl2等，其蒸汽壓在50～300℃就

4、很高了，至于UF6、ZrCl4、ZrI4等鹽類則不經(jīng)液態(tài)就直接升華。圖8-1某些氯化物的蒸汽壓與溫度的關(guān)系熔融鹽體系蒸汽壓隨液相組成的變化，一般說來表現(xiàn)為：增加液相中某組元的相對含量，會引起蒸氣中該組元的相對含量的增加。此外，在蒸汽壓曲線上具有最高點的體系，它在沸點曲線上具有最低點，反之亦然。熔融鹽體系一定組成時的逸度（蒸汽壓）可以由各組元的蒸氣壓根據(jù)加和規(guī)則計算出來，但這只有當(dāng)體系中各組元在固態(tài)時不形成化合物時才是正確的。熔體的組成相當(dāng)于固態(tài)化合物的組成時，熔體結(jié)構(gòu)具有較大的規(guī)律性，因此，鍵的強度也較大，這就使熔體的蒸氣壓比由加和規(guī)則計算出來的數(shù)值低些。若體系在固態(tài)時形成化合物，

5、則它的熔體的蒸氣壓要比按照各組元的蒸汽壓用加和規(guī)則計算出來的蒸汽壓要低。例如，氟化鋁在固態(tài)時與氟化鈉形成具有離子晶格的化合物－冰晶石。冰晶石的蒸汽壓就比NaF-AlF3混合物的蒸汽壓低，盡管混合物中氟化鋁的含量比冰晶石中氟化鋁的含量高。三粘度粘度與密度一樣是熔融鹽的一種特性。粘度與熔融鹽及其混合物的組成及結(jié)構(gòu)之間一定的聯(lián)系，因此，對粘度的研究可以提供有關(guān)熔體結(jié)構(gòu)的信息。在實際生產(chǎn)中，金屬液滴及固體粒子是否滯留在熔體中，與熔融鹽粘度的大小有關(guān)，粘度大的熔融鹽電解質(zhì)及鹽類溶劑不能應(yīng)用于金屬的電解、熔煉及精煉的工業(yè)生產(chǎn)中，因為金屬液滴將包裹在這種熔體中很難從液相中分離出來，粘滯的熔融鹽電

6、解質(zhì)常常具有低的導(dǎo)電度。易流動的熔融鹽電解質(zhì)與之相反，它們一般都具有高的導(dǎo)電度，并且能促使金屬與熔體很好地分離。液體流動時所表現(xiàn)出的粘滯性是流體各部分質(zhì)點間流動時所產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的結(jié)果。若兩層液體，其間的接觸面積是S，兩液層間的速度梯度為dV/dx，則兩液層間的內(nèi)摩擦力f可用下式表示：8-3式中η—粘度系數(shù)。上式稱為牛頓粘度公式。粘度系數(shù)表示在單位速度梯度下，作用在單位面積的流質(zhì)層上的切應(yīng)力，其單位為g/cm·s，通常以泊（P）表示，為了方便使用，有時也用其百分之一表示，稱為厘泊（cP）。遵從上式的流體叫做牛頓流體，一般來說，當(dāng)流體中有懸浮物或彌散物時，從粘度看常為非牛頓流體。各類液

7、體的粘度范圍大致如下：水（20℃）1.0005cP有機化合物0.3～30cP熔融鹽0.01～104P液態(tài)金屬0.5~5cP爐渣0.05～105P純鐵（1600℃）4.5cP測量熔鹽粘度的方法主要為毛細(xì)管法和扭擺法。熔融鹽的粘度除與自身的本性有關(guān)外，還與溫度有密切的關(guān)系，圖8-2是NaCl-AlCl3混合熔體的粘度隨溫度的變化。粘度與溫度的關(guān)系一般可表示為：8－4式中A—常數(shù)；—粘性活化能；R—氣體常數(shù)；T—絕對溫度。上式表明熔體的粘度與溫度之間存在指數(shù)函數(shù)關(guān)系。圖8-