熔盐电解制备Ce(Y)-Ni和Mg-Li-Ce-Y合金

本文分别研究了 Ce(Ⅲ)、Y(Ⅲ)在LiCl-KCl熔盐体系中惰性W电极和Ni电极上的电化学行为及其合金的电沉积原理,制备了 Ce-Ni、Y-Ni金属间化合物。探讨了 LiCl-KCl熔盐体系先后添加MgCl2、CeCl3、YCl3的电化学行为及Ce(Ⅲ)、Y(Ⅲ)、Mg(Ⅱ)的电化学共还原机理,恒电流电解制备出Mg-Li-Ce-Y合金。采用XRD、SEM-EDS、ICP-AES等手段分析了 Ce-Ni、Y-Ni、Mg-Li-Ce-Y的元素组成、比例及微观晶界的形态。(1)在LiCl-KCl熔盐体系中,对873 K时Ce(Ⅲ)在W、Ni电极上的电化学行为进行研究。结果表明Ce(Ⅲ)还原为Ce(0)是一步转移3个电子;当扫速小于200 mV/s时,Ce(Ⅲ)还原为Ce(0)受扩散控制且可逆;计算出的扩散系数约为4.0×10-5 cm2/s;通过XRD、SEM-EDS测试对恒电位电解得到的Ce-Ni合金进行表征获得CeNi2、CeNi3、Ce7Ni3金属间化合物,并且通过Ce(Ⅲ)在Ni电极上的开路计时电位曲线计算了三种合金的标准摩尔生成吉布斯自由能。(2)在LiCl-KCl熔盐体系中,对873 K时Y(Ⅲ)在W、Ni电极上的电化学行为进行研究。发现Y(Ⅲ)还原为Y(0)是一步转移3电子;在扫速小于200 mV/s时,Y(Ⅲ)还原为Y(0)受扩散控制且为准可逆。计算出Y(Ⅲ)的扩散系数约为2.0×10-5cm2/s;通过XRD、SEM-EDS对恒电位电解产物进行表征,发现在-1.5 V、-1.7 V、-1.9 V处电解得到的合金分别是YNi5、YNi3、YNi2,并且通过Y(Ⅲ)在Ni电极上的开路计时电位曲线计算了三种合金的标准摩尔生成吉布斯自由能。(3)温度为873 K时,在LiCl-KCl熔盐体系,研究了二元体系Mg(Ⅱ)-Ce(Ⅲ)和Mg(Ⅱ)、Y(Ⅲ)及三元体系Mg(Ⅱ)-Ce(Ⅲ)-Y(Ⅲ)在惰性W电极上的电化学行为。确定了 Mg-Li-Ce-Y四元体系共沉积的条件,通过恒电流电解得到了 Mg-Li-Ce-Y合金;并对随制备的合金进行XRD、SEM-EDS表征,结果表明合金样品中含有Mg、Mg3Ce、Mg2Y相,稀土元素均匀分布在合金的晶界处。探讨了影响电流效率和合金成分的因素,电解温度、电解时间、电流强度以及MgCl2在熔盐中的浓度等对电流效率和合金成分均有影响;当电解温度为973 K电解时间3 h,阴极电流强度为-1.5 A～-2.0 A时,电流效率达到最大,约为70%。