氧化镁熔盐电解制备金属镁技术及电化学机理研究

以氧化镁为原料，通过熔盐电解法制备金属镁是是很有发展前途的新工艺，具有显著的经济效益和良好的环境优势。目前该工艺存在的最主要问题是氧化镁在熔盐的溶解性能不好，导致在电解过程中不间断地发生阳极效应。本项目以氧化镁在熔盐中的溶解度为研究重点，对多种电解质体系进行对比实验研究，力图找到一种氧化镁的溶解度大于2%的电解质体系，并研究电解质的熔体结构与电解质成分含量之间的关系。在此基础上，研究电解质的初晶温度、密度、电导率，优化电解质体系的物理化学性质，以提高电流效率，降低电解温度和槽电压。研究熔盐电解过程中电化学机理，掌握镁离子在不同电解条件下的析出电位、成核机理和反应控制性环节，为氧化镁原料熔盐电解法制备金属镁提供技术和基础理论依据。本研究将对镁的清洁生产和节能降耗具有重要的理论指导和现实意义。

以氧化镁为原料，熔盐电解法制备金属镁可以大幅度降低熔盐电解法制备金属镁的生产成本，该方法得到许多研究人员的关注。该项目以氧化镁为原料，熔盐电解法制备金属镁工艺探索和电化学机理研究。选择氯化物体系、氟化物体系和氯化物及氟化物混合体系为三种类型的电解质，经过研究发现：氯化物体系电解质对氧化镁溶解性能差，氯化钾能提高电解质对氧化镁的溶解性能，采用混合体系的电解质有较好的表现。45%BaF2-13%LiF-33%MgF2-9%KCl电解质体系电解研究发现，电流效率高达89.4%。对电解质的物理化学性质进行研究发现：温度对电解质密度有较大的影响，温度升高40℃，轻电解质体系的密度降低大约0.08g/cm3，重电解质体系的密度降低大约0.05 g/cm3。同时，在相同的温度下电解质的密度随KCl含量的升高和MgF2含量的降低而减小。电解质的初晶温度随KCl含量的增加和MgF2含量的减少而降低。如45%BaF2-13%LiF-42%MgF2电解质的初晶温度为823℃，而45%BaF2-13%LiF-42%MgF2 -3%KCl电解质的初晶温度降到了808℃，45%BaF2-13%LiF-42%MgF2-7%KCl电解质的初晶温度降到了800℃，降低的幅度比较大。电解质的电导率随温度的升高而增大，对于轻电解质温度升高40℃，电解质的电导率增大约0.7S·cm-1，而对于重电解质温度升高40℃，电解质的电导率增大约0.2-0.3S·cm-1，说明温度对电解质的电导率影响随电解质体系的不同而有所变化。采用三电极结构研究熔盐电化学过程及机理，以循环伏安、计时电流和计时电位方法研究结果表明：镁离子电沉积方式是一步得到两个电子的电化学还原过程，电极反应为：Mg2++2e→Mg。.且沉积过程受扩散控制。成核过程是一个三维立体瞬时成核过程。1173K时Mg2+在熔盐中的扩散系数D为1.28×10-5cm2/s，.该项目在执行中培养硕士研究生4名，发表论文10篇，其中被SCI和EI检索5篇，中文核心2篇，其它期刊论文3篇。申请专利2项。基本上按照申请书中的研究内容和计划完成了研究，得到一些有价值的研究结果，可为今后的研究和成果应用提供良好的基础支持。