熔鹽電解法製備鋁銅鋰母合金的機理研究

《熔鹽電解法製備鋁銅鋰母合金的機理研究》是依託東北大學，由高炳亮擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：熔鹽電解法製備鋁銅鋰母合金的機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：高炳亮
• 依託單位：東北大學

中文摘要

本課題試圖採用熔鹽電解法生產鋁銅鋰母合金，希望取代生產成本高、工藝複雜的物理冶金法。本研究中，採用LiCl-KCl-CaCl2體系和LiF-LiCl-CaCl2體系作為支持電解質體系，以氧化鋰作為原料，通過熔鹽電解法在鋁銅合金液態陰極或固態陰極上得到鋁銅鋰中間合金。研究內容包括：1.LiCl-KCl-CaCl2體系和LiF-LiCl-CaCl2體系物理化學性質的研究，氧化鋰在電解質中的溶解行為；2.分別採用常規電化學研究方法和電化學原位拉曼光譜技術研究鋰在鋁銅合金表面析出的電化學行為。最終我們希望弄清兩個問題：一是適合製備鋁銅鋰合金的電解質體系的物理化學基礎，為該方法的套用奠定理論基礎；二是鋁銅鋰合金陰極上，鋰析出的電化學機理及合金成分對電極過程的影響規律。如果採用液態鋁銅陰極，使其處於電解質下方，電解生產可借鑑工業鋁電解槽的結構和工藝制度，有助於實現電解槽的大型化。

結題摘要

本課題以LiCl-Li2O熔鹽為電解質，開展研究熔鹽電解法製備鋁鋰合金的基礎研究。研究內容包括電極過程、熔體的結構、熔體的物化性質、鋁鋰合金製備等四方面的內容。 電極過程研究表明，採用炭素陽極會導致電解質中產生碳酸鹽，碳酸根離子在陰極還原生成碳，不利於降低合金中的碳含量。金屬鋰的擴散係數與合金成分有關，銅含量或鋰含量升高都會降低金屬鋰向合金中的擴散係數。 熔體結構研究表明，氧化鋰在LiCl熔體中最有可能的結構為Li2OCl22-。當向熔體中加入其它種類的氟化物，如NaF、KF、CaF2，熔體的淬冷固相中都會出現LiF相，表明鋰的極化能力要高於其他陽離子。氧化鋰的溶解行為研究表明，添加鹼金屬或鹼土金屬氟化物都會降低氧化鋰在氯化鋰熔鹽中的溶解度，其中氟化鋰的影響最小。 鋰在熔鹽中的溶解度研究結果表明，同一種鹼金屬或鹼土金屬陽離子與Cl-離子或者F-離子形成的鹽作為添加劑，對金屬Li在熔鹽中溶解度的影響趨勢是相同的。含鈣鹽的電解質中金屬鋰的溶解度最低。 上述研究結果表明，LiCl-LiF-Li2O體系是最適合的熔鹽電沉積鋁鋰合金的電解質體系。本研究測定了該三元體系的初晶溫度和電導率。 基於LiCl-LiF-Li2O體系開展了鋁鋰合金電解實驗，分別通過恆電位電解和恆電流電解製備出了含鋰量最高達19%的鋁銅鋰母合金。本研究還研製成功一種低成本製備純度高於98.9%的氧化鋰的方法，為熔鹽電解法製備鋁鋰合金建立了良好的工業套用基礎。 在國家自然科學基金的資助下，本課題共發表文章11篇，出版專著一部，獲得授權發明專利5項，培養博士研究生2名，培養碩士研究生6名。 綜上所述，經過3年的研究，已經完成了課題研究目標。後續還有多項重要成果發表。本課題開展的基礎研究將為開發工業實用的新方法提供強大的理論指導。