高溫熔融氟化鹽相圖的實驗測量和理論研究

《高溫熔融氟化鹽相圖的實驗測量和理論研究》是依託西安交通大學，由何茂剛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高溫熔融氟化鹽相圖的實驗測量和理論研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：何茂剛
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

本項目採用實驗測量和理論預測相結合的方法建立高溫熔融氟化鹽相圖數據體系。研製基於差示掃描量熱法適用於高溫熔融氟化鹽相圖測量的實驗系統(溫度測量範圍可達1400K；測量不確定度小於±0.01K)，並獲取一批高精度的高溫熔融氟化鹽二元和多元體系相圖實驗數據。建立第一性原理和分子動力學模擬相結合的預測方法，揭示振動熵和構型熵對過量Gibbs自由能的作用機理，獲取實驗難以或無法測量的高溫熔融氟化鹽混合焓、活度、熔化焓等熱力學性質。改進修正的準化學模型，構建基於CALPHAD方法的高溫熔融氟化鹽相圖計算新方法，並以高溫熔融氟化鹽相圖實驗數據和其熱力學性質理論預測結果為數據源，計算得到高精度的高溫熔融氟化鹽多元相圖數據體系。研究結果為高溫熔融氟化鹽的工業套用提供基礎性數據支持。

結題摘要

高溫熔融鹽因其優異的物理化學特性，在電解冶金、核電、太陽能等領域套用廣泛，比如在熔鹽堆中氟化鹽混合物被選作核燃料載質和冷卻劑的最佳工質，在冶金工業常採用熔融氯化鹽或氟化鹽與氧化物組成的互易體系作為電解質製備金屬及其合金。對熔鹽體系相平衡性質進行研究，構建其相圖熱力學資料庫，可以為熔融鹽在這些領域的套用提供基礎性數據。本項目對高溫熔融氟化鹽、氯化鹽和氧化物組成的混合物體系相圖進行了實驗測量和理論研究，主要開展的工作及取得的成果如下：（1）運用差式掃描量熱儀測量了二元系NaCl-RbCl和三元系LiCl-KCl-CsCl的相圖，並基於新的實驗數據選用更合理的液相熱力學模型改善了這兩個體系的相圖熱力學參數。（2）利用CALPHAD方法對二元系NaCl-RbCl、MCl-YCl3(M=Na, K, Rb, Cs)、KF-YF3、YF3-YbF3、LiF-ReF3(Re=La, Nd, Gd, Lu, Y, Yb)、三元系LiCl-KCl-CsCl、多元系LiCl-NaCl-KCl-MgCl2-CaCl2-CeCl3以及互易體系Li, La, Nd//F,O、Mg,Ln (Ln=La, Ce, Nd)//F,Cl的相圖進行了熱力最佳化，構建了這些體系的熱力學資料庫，其中對含稀土氟化鹽和氧化物組成的互易體系進行相圖熱力學最佳化在國內外尚屬首次，本項目的工作為此類體系的最佳化提供了範例。（3）基於CALPHAD方法計算了三元系LiCl-KCl-CsCl的液相密度和三元系LiF-NaF-BeF2的活度係數和混合焓，利用Butler方程和Santos模型研究了MCl-CeCl3 (M=Li, Na, K, Cs)體系的表面相的熱力學性質。（4）利用第一性原理計算了熔鹽體系相圖中間化合物K2ReCl5 (Re=La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd)和Rb2CeCl5的熱力學性質，完善了相關熔鹽體系的熱力學資料庫。本項目構建的氟化鹽相圖熱力學資料庫可以為熔鹽堆中選擇熔鹽、確定熔鹽混合物最佳成分、熔鹽堆熱工設計等提供重要依據，構建的含稀土的多元氯化鹽和互易體系資料庫可以為稀土金屬及其合金的製備、固體雷射和螢光材料的製備等提供必要的基礎性數據。