溶盐电解法制备SmFe合金的机理研究

发布时间：2025-07-26 13:04

　　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-C...

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
目录
引言
1 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 金属Sm的制备
        1.2.1 金属Sm制备工艺的发展
        1.2.2 还原-蒸馏法制备金属钐的工艺简述
    1.3 熔盐电解法制备稀土金属及合金
        1.3.1 熔盐电解简述
        1.3.2 熔盐电解法制备稀土金属及合金
        1.3.3 我国熔盐电解法制备稀土发展概况
    1.4 课题选择依据
        1.4.1 Sm在熔盐体系中的电化学行为研究
        1.4.2 选题目的和意义
2 技术路线与主要研究内容
    2.1 实验技术路线
    2.2 电解质体系的选择
    2.3 主要研究内容
        2.3.1 Sm(Ⅲ)离子在电极上的电化学行为研究
        2.3.2 金属Sm在氟盐体系中的溶解行为研究
        2.3.3 电解效果的影响因素考察
    2.4 分析表征方法
        2.4.1 电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)
        2.4.2 X射线衍射(XRD)
        2.4.3 扫描电子显微镜(SEM)
3 LiF-CaF₂-SmF₃熔盐物体系中Sm(Ⅲ)的电化学行为研究
    3.1 实验原理与方法
        3.1.1 电化学测试方法
        3.1.2 三电极体系
    3.2 实验设备、仪器及试剂
        3.2.1 实验用电解槽
        3.2.2 实验试剂
        3.2.3 电极
        3.2.4 电化学工作站
    3.3 Sm(Ⅲ)在Mo电极上的电化学研究结果与讨论
        3.3.1 LiF-CaF₂体系在Mo电极上的电化学行为
        3.3.2 LiF-CaF₂-SmF₃在Mo电极上的循环伏安曲线
        3.3.3 Sm(Ⅲ)/Sm(Ⅱ)的电化学反应的可逆性
        3.3.4 方波伏安曲线
        3.3.5 扩散系数的计算
    3.4 Sm(Ⅲ)在Fe电极上的电化学研究结果与讨论
        3.4.1 LiF-CaF₂体系在Fe电极上的电化学行为
        3.4.2 LiF-CaF₂-SmF₃在Fe电极上的循环伏安曲线
        3.4.3 方波伏安曲线
        3.4.4 开路计时电位曲线
    3.5 不同SmF₃浓度在Fe电极上的电化学行为研究
    3.6 本章小结
4 金属Sm在氟盐体系中的溶解行为研究
    4.1 实验方法与步骤
        4.1.1 实验原理与方法
        4.1.2 实验步骤
    4.2 溶解时间的确定
    4.3 温度对金属Sm溶解的影响
    4.4 Sm与SmF₃作用引起的熔体结构变化
    4.5 温度对金属Sm在熔盐中“非溶解损失”的影响
    4.6 本章小结
5 关于合金电解的进一步理论分析
    5.1 采用惰性电极时Sm离子的反应历程分析
    5.2 采用活性电极时Sm离子的反应历程分析
    5.3 Sm粒子电极过程总体分析
    5.4 本章小结
6 影响电解效果的诸因素考察
    6.1 实验设备、试剂及方法
        6.1.1 实验设备
        6.1.2 试剂
        6.1.3 实验方法
        6.1.4 合金产品的表征和检测
    6.2 相关计算方法
        6.2.1 电效(η)的计算
        6.2.2 合金生成速率(r_am)的计算
    6.3 温度对电解效果的影响
        6.3.1 实验条件
        6.3.2 温度对电流效率的影响
        6.3.3 温度对合金成分的影响
        6.3.4 温度对合金形成速率的影响
        6.3.5 最佳电流效率条件下电解产品检测
    6.4 电流密度对电解效果的影响
        6.4.1 实验条件
        6.4.2 电流密度对电流效率的影响
        6.4.3 电流密度对合金成分的影响
        6.4.4 电流密度对合金生成速率的影响
        6.4.5 最佳电流效率条件下电解产品检测
    6.5 Sm(Ⅲ)浓度对电解效果的影响
        6.5.1 实验条件
        6.5.2 Sm(Ⅲ)浓度对电流效率的影响
        6.5.3 Sm(Ⅲ)浓度对合金成分的影响
        6.5.4 Sm(Ⅲ)浓度对合金生成速率的影响
        6.5.5 最佳电流效率条件下电解产品检测
    6.6 本章小结
7 结论和建议
    7.1 结论
    7.2 建议
参考文献
攻读硕士学位期间取得的学术成果
致谢



本文编号：4058504