熔盐电解

熔盐电解是一种利用电能转化为化学能的过程，通过将特定金属的盐类熔融后作为电解质进行电解，以提取和提纯金属。这种方法对于一些活泼金属来说是必要的，因为它们无法直接从水溶液中获得。熔盐电解不仅适用于常见的金属如铝、钙、铍、锂、钠等，还广泛应用于稀有金属的制备，如钍、铌、锆、钽等。

原理

熔盐电解是在19世纪初期开始应用的一种冶金过程。它的发展使得在19世纪末期能够以工业规模生产铝、镁等轻金属，并随后扩展到稀有金属的生产。熔盐电解过程中，熔化的盐类形成一种离子熔体，具有较高的电导率。这种熔体在略高于熔点的温度下，尽管晶体结构因热运动变得松散混乱，但仍能在一定范围内保持有序性，被称为近程序结构。理想的熔盐电解质应具备一系列特性，包括较低的熔点、合适的粘度、密度、表面张力、高电导率、低挥发性和不易溶解电解产生的金属熔体。通常，多种盐类的混合物会被用来实现这些特性。例如，电解镁使用的是NaCl-氯化钾氯化镁混合熔盐，而电解铝则使用Na3AlF6-Al2O3混合熔盐。

影响因素

熔盐电解的影响因素包括温度、电流密度、极间距离和电解质的性质。这些因素会影响金属的溶解程度，进而影响电流效率。例如，某些金属会与其高价化合物发生反应，生成低价化合物，然后重新溶解于熔盐中，这一过程会导致金属的溶解加剧，降低电流效率。此外，析出的金属也可能从熔盐中置换出其他金属，导致更多金属溶解。

电极反应

阴极反应

在熔盐电解的过程中，阴极上的主要反应是金属离子失去电子，形成金属单质。如果熔盐温度高于金属的熔点，则形成的金属为液态。在工业生产中，液态金属可能直接成为阴极表面，或者迅速离开阴极。如果熔盐温度低于金属熔点，则形成的金属为固态，具体形态取决于条件。

阳极反应

阳极反应可以根据不同的情况分为两种类型。在电沉积时，常用碳电极作为阳极，此时阳极反应可能是氯离子放电生成氯气，或者是碳与氧的化合生成二氧化碳。在电解精炼时，使用的是粗金属电极，其反应为金属失去电子，形成带正电荷的离子。在这个过程中，电极电势较被提取金属为正的杂质不会溶解，而电极电势较被提取金属为负的杂质虽然溶解于熔盐内，但不能在阴极析出，因此起到了提纯的作用。

工艺

熔盐电解的工艺流程包括将熔盐加热使其熔化，形成易于流动且导电性能良好的液体。在适当条件下，加入电极并施加电压，使离子移动产生电流，最终在阳极上析出金属。为了制备金属，首先需要从原矿中提取金属盐，并对其进行提纯。常用的提纯方法是湿法冶金。在实际生产中，关键的技术参数包括电解温度、电流密度、极间距、电解质组成和被电解物质的浓度。熔盐电解的缺点在于高温环境下金属溶解损失较为严重，同时热量损失也较大，因此电流效率和电能效率通常不如水溶液电解。然而，经过工艺改进，一些金属的熔盐电解已经达到了很高的技术水平，例如铝的熔盐电解，先进电解槽的容量可达30万安培，电流效率接近95%。

参考资料

熔盐电解.wenku.baidu.2024-10-30

熔盐电解.renrendoc.2024-10-30

熔盐电解.xueshu.baidu.2024-10-30