溶盐电解法制备SmFe合金的机理研究

【摘要】本文以LiF-CaF2-SmF3为电解质体系,通过电化学测试手段对Sm(Ⅲ)离子在惰性Mo电极和活性Fe电极上的电化学行为进行了研究,根据Sm(Ⅲ)离子在活性Fe电极上的阴极过程判断了熔盐电解法制备SmFe合金的可行性；对金属Sm在LiF-CaF2-SmF3体系中的溶解行为进行了研究,明确了金属Sm在氟盐体系中的损失途径；考察了温度、电流密度、SmF3浓度对电流效率、合金中Sm含量及合金生成速率等电解技术指标的影响,最终成功制备出SmFe合金。本论文首先研究了Sm(Ⅲ)离子在氟盐体系中的还原过程。在LiF-CaF2-SmF3体系中,只发现了Sm(Ⅲ)通过单电子转移步骤还原为Sm(Ⅱ)的过程,,而未观察到Sm(Ⅱ)进一步还原为Sm(0)的过程。在1173K时在钼电极上,通过循环伏安法测得在Sm(Ⅲ)在LiF-CaF2-SmF3(5wt.%)体系中还原成Sm(Ⅱ)的电位在-1.58V(vs.Pt)左右。同时用方波伏安法(还原电位为-1.51V,vs.Pt)测得的Sm(Ⅲ)离子的还原电位也接近这个值。另外,我们用循环伏安法研究了在1173K时,钼电极上,Sm(Ⅲ)/Sm(Ⅱ)在LiF-CaF2-SmF3熔盐体系中的可逆性。结果表明：在低于0.25V·s-1扫速下,Sm(Ⅲ)/Sm(Ⅱ)电极过程是可逆的。通过方波伏安法计算了Sm(Ⅲ)还原为Sm(Ⅱ)过程中的电子转移数目(近似等于1),说明Sm(Ⅲ)离子还原为Sm(Ⅱ)是1个电子转移过程。通过循环伏安法计算了1173K时在钼电极上,在LiF-CaF2-SmF3(5wt.%)熔盐体系中Sm(Ⅲ)离子的扩散系数Dsm(m)=2.71×10-5cm2·s-1。本论文的第二部分通过循环伏安法、方波伏安法、以及开路计时电位法研究Sm(Ⅲ)离子在活性Fe阴极上的电化学行为。结果表明：在活性Fe阴极上,能够观察到SmFe沉积的信号。这是由于Sm(Ⅱ)能在活性电极上通过欠电位沉积形成金属间化合物,从而验证了采用熔盐电解法制备SmFe合金的可行性。本文同时考察了金属Sm在氟盐体系中的溶解行为。通过金属Sm在LiF-CaF2-SmF3熔盐体系中的溶解确认了Sm+2Sm(Ⅲ)这一歧化反应的发生。通过实验发现,LiF-CaF2-SmF3体系对金属Sm的溶解度随SmF3浓度的升高而增大；高温下金属Sm的“非溶解损失率”也随温度的升高而增加。最后,本文考察了温度、电流密度、电解质浓度等条件对电流效率、合金中Sm含量及合金生成速率的影响,分析了熔盐电解制备SmFe合金的优化条件。本文进一步深入探究了SmFe合金的形成机理及电解过程各因素对电解效果的影响,为稀土合金的制备提供了可靠的理论依据和工艺路线。
【作者】周林；
【导师】李宗安；
【作者基本信息】北京有色金属研究总院，有色金属冶金，2014，硕士
【关键词】SmFe合金；熔盐电解；电化学机理；溶解行为；工艺条件；机理研究；

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