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工业铝电解质通常含有冰晶石(约80%)、氟化铝(约6%-12%)和氧化铝(约3%-4%)以及添加剂氟化钙、氟化镁和氟化锂(约5%-7%)。冰晶石和氟化铝是熔剂,氧化铝是炼铝的原料,添加剂则是用来改善熔剂的物理化学性质以及提高铝电解生产指标。中国的电解铝厂的电解质成分比较复杂,有必要对电解质中各种成分对物理化学性质的影响有一个清楚的认识,将有助于改善工艺条件、操作制度以提升铝电解生产指标。 蒸气压是表征熔盐挥发的主要标准。降低冰晶石的饱和蒸气压,一方面可以减少熔盐损失,提高经济价值,另一方面又能降低污染,改善工厂的环境。同时蒸气压,又是计算各种热力学数据的重要手段,在冶金、石化行业中有广泛应用。它还是研究复杂熔盐结构的一个重要手段。 本人按照沸点法原理,在本实验室首次构建出一套可以测量高温熔盐的蒸气压实验装置。实验装置具有良好的气密性,10小时压力变化仅500Pa(4Torr)。为准确测量温度,在铁坩埚内植入K型热电偶。并测量了电阻炉内的温度变化。测量了纯NaF在1300K时的饱和蒸气压为71.465Pa(0.536Torr),与文献值相差5.7%。 铝电解质体系的蒸气压数据表较少,而且文献中蒸气压的数值大多未得到研究者的共同认可,特别是复杂电解质的情形尤其突出。本文基于这一实际情况和中国铝电解质的特殊性,考察了分子比、氧化铝、添加剂、温度对铝电解质蒸气压的影响。研究结果如下: 升高分子比和降低温度有助于降低铝电解质的蒸气压,与文献中描述一致。氧化铝、氟化钙、氟化锂的浓度增加会降低铝电解质的蒸气压。其中LiF的效果最为显著,其次是Al2O3,CaF2也有一定的影响。 铝电解质蒸气的冷凝物的XRD分析表明,蒸汽冷凝物的主要成分是NaAlF4和Na5Al3F14,当测试温度高于1100℃,冷凝物主要物相NaAlF4。在较低测试温度,冷凝物的主要物相是Na5Al3F14。这说明NaAlF4在低温条件下是不稳定的,Na5Al3F14是NaAlF4物相在较低温度下分解生成的。试验后坩埚内剩余物基本上全是Na3AlF6。当添加剂LiF浓度为10%的时候,蒸气冷凝物中有LiNa2AlF6物相存在。 上述结果将有助于解释铝电解槽中氟化物损失、电解质结壳的成分等问题。