氟化物熔盐中Sm(Ⅲ)的阴极行为及合金制备的研究

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本文研究了稀土元素钐(Sm)在LiF-CaF2体系中的电化学过程以及恒电流制备了SmAl合金,首次研究了钐离子之间的表观平衡常数及其影响因素。主要结果如下:(1)通过循环伏安、方波伏安等方法证实,Sm(Ⅲ)的电化学还原过程分为两步,钐离子还原过程Sm3++e-→Sm2+为可逆过程;但是在循环伏安曲线上没有观察到还原过程的第二步。这是由于Sm(Ⅱ)还原为Sm的还原电位比Li(Ⅰ)的还原电位更负。在氟化物体系中Sm离子存在两个稳定的价态,即Sm(Ⅲ)和Sm(Ⅱ),无法通过熔盐电解得到金属Sm。(2)通过循环伏安和方波伏安测试表明:在LiF-CaF2-AlF3-SmF3体系中,Sm和Al离子可以共同还原。在LiF-CaF2-Sm2O3(0.15mol/L)-AlF3(8.89mol/L)和LiF-CaF2-Sm2O3(0.225mol)-AlF3(0.296mol/L)-Al(6mol/L)体系中,通过恒电流电解,结合XRD、EDS、SEM分析,验证了在金属钨阴极上的电解产物为Al,Al2Sm和Al3Sm。(3)在LiF-CaF2-SmF3(0.26mol/L)-Sm(0.36mol/L)体系中,通过可靠的取样方式,测试了电解质中钐离子的浓度,在考虑到熔盐中SmOF的影响后,计算了Sm3++e-→Sm2+的表观平衡常数,分别在1123K时为3.49,1173K时为2.67,1233K时为1.95。随着熔盐中LiF量的增加,钐离子的平均价态减小,表观平衡常数Kc随之减少。
摘要第5-6页
Abstract第6页
第1章 绪论第10-22页
    1.1 引言第10页
    1.2 稀土资源第10-13页
        1.2.1 世界稀土资源的储量和分布第10-11页
        1.2.2 我国稀土资源的储量和分布第11-12页
        1.2.3 稀土矿的主要成分第12-13页
    1.3 稀土矿的分离第13-14页
        1.3.1 稀土矿的选矿第14页
        1.3.2 稀土冶炼方法第14页
    1.4 熔盐电解第14页
    1.5 稀土的提取方法第14-17页
        1.5.1 熔盐电解法第14-15页
        1.5.2 熔盐电解共析法第15-16页
        1.5.3 液体阴极电解法第16页
        1.5.4 固体自耗阴极电解法第16-17页
    1.6 金属钐制备与提取第17-19页
        1.6.1 金属Sm制备工艺第17-18页
        1.6.2 热还原蒸馏法制备金属钐的工艺第18-19页
    1.7 目前金属钐的提取存在的问题第19-21页
    1.8 选题目的和意义第21-22页
第2章 实验部分第22-35页
    2.1 实验仪器和药品第22页
    2.2 实验仪器第22-23页
    2.3 实验装置第23-30页
        2.3.1 电解池第23-24页
        2.3.2 价态分析装置第24页
        2.3.3 电化学工作站第24-25页
        2.3.4 电子天平第25页
        2.3.5 直流稳压稳流电源第25-26页
        2.3.6 氩气手套箱第26页
        2.3.7 真空抽滤泵第26页
        2.3.8 坩埚电阻炉第26-27页
        2.3.9 三电极体系第27-28页
        2.3.10 熔盐背底的选择第28-30页
    2.4 实验方法第30-32页
        2.4.1 电化学分析方法第30-31页
        2.4.2 结构形貌表征第31-32页
    2.5 实验过程第32-35页
        2.5.1 电化学过程第32-33页
        2.5.2 价态分析流程第33-35页
第3章 LiF-CaF_2-SmF_3熔盐中Sm(Ⅲ)电化学过程的研究第35-43页
    3.1 在W电极上的的电化学还原过程第35-40页
        3.1.1 循环伏安曲线第35-38页
        3.1.2 转移电子数第38-39页
        3.1.3 Sm(Ⅲ)离子的扩散系数第39-40页
    3.2 在Fe电极上的的电化学还原过程第40-41页
        3.2.1 循环伏安曲线第40-41页
        3.2.2 开路计时电位第41页
    3.3 本章小结第41-43页
第4章 Sm离子表观平衡常数的研究第43-49页
    4.1 研究目的第43页
    4.2 电化学测试第43-44页
    4.3 LiF-CaF_2体系中不同价态Sm离子间的表观平衡常数第44-47页
    4.4 LiF浓度对Sm平均价态的影响第47-48页
    4.5 本章小结第48-49页
第5章 Sm合金的制备第49-58页
    5.1 合金的制备第49页
    5.2 合金表征第49页
    5.3 Sm-Fe合金第49-50页
    5.4 SmF_3-AlF_3还原机理第50-56页
        5.4.1 循环伏安曲线第50-51页
        5.4.2 Sm-Al合金第51-56页
    5.5 本章总结第56-58页
第6章 总结与展望第58-60页
    6.1 研究结果与总结第58-59页
    6.2 研究展望第59-60页
参考文献第60-67页
致谢第67-68页
攻读硕士学位期间发表论文和申请专利情况第68页
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