NaCl-KCl-NaF-(SiO2)熔盐体系密度.pdf

2 6 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年1 期 N a C l 一K C l 一N a F 一 S i 0 2 熔盐体系密度 高爱民1 ，李运刚1 ，李智慧1 ，高超2 1 ．河北理工大学冶金与能源学院，河北省现代冶金技术重点实验室，唐山0 6 3 0 0 9 ； 2 ．唐山钢铁股份有限公司，唐山0 6 3 0 1 6 摘要用阿基米德法测定了N a C I K C I N a F - S i 0 2 熔盐体系的密度，结果表明体系的密度与温度呈良 好的线性关系，且随温度的升高而降低；当N a C I 含量不变时，用K C l 逐步代替N a F 时体系的密度逐渐 减小；当K C l 含量不变时，用N a C l 逐步代替N a F 时，体系的密度与N a C I 含量呈倒抛物线关系；体系在 X N , O X K c ．一1 ；1 时，随N a F 含量的增加，体系密度逐渐增大。 关键词N a C l 一K C l 一N a F - S i 0 2 体系；密度；阿基米德法 中图分类号T F 8 0 3 ．2 7文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 0 1 0 1 0 0 2 6 - - 0 4 T h eD e n s i t yo fN a C 一K C 一N a F 一 S i 0 2 M o l t e nS a l tS y s t e m G A OA i m i n l ，L IY u n g a n 9 1 ，L IZ h i h u i l ，G A OC h a 0 2 1 ．S c h o o lo fM e t a l l u r g ya n dE n e r g y ，H e B e iP o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y ，H e b e iK e yL a b o r a t o r yo fM o d e r nM e t a l l u r g y T e c h n o l o g y ，T a n g s h a n0 6 3 0 0 9 ，C h i n a ；2 ．T a n g s h a nI r o na n dS t e e lC o ．，L t d ，T a n g s h a n0 6 3 0 1 6 。C h i n a A b s t r a c t T h ed e n s i t yo fK C l 一N a C l - N a F - S i 0 2 s y s t e mw a sr e s e a r c h e db yA r c h i m e d e sm e t h o d ．T h er e s u l t s s h o wt h a tt h e r ei sa nl i n e rr e l a t i o n s h i pb e t w e e nd e n s i t ya n dt e m p e r a t u r ei nt h es y s t e m ．W h e nt h ec o n t e n t o fN a C li sc o n s t a n t ，t h ed e n s i t yo ft h es y s t e md e c r e a s e s w i t hs u b s t i t u t i n gK C If o rN a Fl i t t l eb yl i t t l e 。 W h e nt h ec o n t e n to fK C li sc o n s t a n t ．t h e r ei sa ni n v e r s ep a r a c u r v er e l a t i o nb e t w e e nt h ed e n s i t ya n dc o n t e n t o fN a C l ．W h e nt h er a t i ov a l u eo fX N a c Jt oX K c Je q u a lt o1 ，t h ed e n s i t yo ft h es y s t e mi n c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s eo fN a Fc o n t e n t ． K e y w o r d s K C I N a C l 一N a F _ S i 0 2 s y s t e m ；D e n s i t y ；A r c h i m e d e sm e t h o d K C l 一N a C F N a F 一 S i o z 熔盐体系能够电沉积出 硅，已由作者实验证明，但对K C I - N a C I N a F - S i 0 2 四元熔盐体系物理化学性质的研究报道较少，作者 曾对S i O z 在K C l - N a C l - N a F 体系中溶解度[ 门以及 K C I N a C F N a F - S i O 体系的初晶温度[ 2 1 进行过研 究，本文测定了K C l 一N a C l - N a F - S i O 。 熔盐体系的 密度。 l实验 1 ．1 试样制备 实验所用K C I 、N a C l 、N a F 、S i O 试剂均为分析 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 0 6 7 4 0 3 9 作者简介高爱民 1 9 6 6 ～ ，女，河北唐山人，副教授，硕士 纯，在配置熔盐时先经2 0 0 ℃下，烘干8h 的处理。 按实验方案要求分别称取各组元，研磨混匀后装入 高纯石墨坩埚，放入电阻炉中加热至所需温度并恒 温2h ，待熔盐冷却后，研细混匀后待用。 1 ．2 实验仪器及设备 采用R T W - - 0 8 熔体物性测定仪测定熔盐的密 度、A N T 2 智能温度控制仪控温，盛熔盐的坩锅为 高纯石墨坩埚。 1 ．3 实验方案及步骤 根据对该体系的溶解度研究，S i O 的溶解度较 低，因此在此方案中，s i O z 的加入量超过饱和量，使 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年1 期2 7 其在熔盐底都有固体S i O 。析出。采用混料回归实 验设计中的对称单纯形设计方案，如表1 所示。 表1 实验用熔盐组成 T a b l e lT h ec o m p o s i t i o no fm o l t e ns a l t s i nt h ee x p e r i m e n t 密度测定采用阿基米德法。将配制完的试样装 入高纯石墨坩埚，放人炉内，开始升温。当炉温达到 9 0 0 ℃时，恒温1 5m i n ，将N i 锤置于熔盐上方，电子 天平读数清零，启动升降系统，按下炉升按钮，使炉 体缓慢上升。当天平出现负值时表明重锤与熔盐液 面接触，观察天平值，直至显示值稳定。按下停止炉 升按钮及升降系统，记录天平显示值。然后以4 0 ℃ 步长为一测定平台降温，每测定一平台恒温1 0m i n 后再测定，至7 4 0 ℃。 2 实验结果及讨论 2 ．1 温度对熔盐密度的影响 根据表1 中9 组不同熔盐组成，其测定值列于 表2 ，同时也给出了密度与温度回归关系式。表2 中舯、I D 【 分别为密度的测定值和计算值，单位为 g ／c m 3 ；误差为相对误差。2 号和7 号的回归方程的 相关系数分别为0 ．9 6 和0 ．9 7 ，其它回归方程的相 关系数均大于0 ．9 9 。 表2 熔盐的密度 T a b l e2 D e n s i t yo fm o l t e ns a l t 蹦 8 P c 1 ．7 0 2 0 1 ．7 0 6 0 l - 6 6 4 81 ．6 4 3 21 ．6 1 2 2 1 ．6 6 1 61 ．6 3 9 41 ．6 1 7 2 p c 2 ．1 1 6 6 6 5 ．5 5 1 0 ～4TE r r o r S 0 ．0 0 3 8 ％ 绷一1 ．8 0 8 21 ．7 8 0 01 ．7 5 5 41 ．7 3 6 2 9 优 一 1 ．8 0 6 01 ．7 8 2 01 ．7 5 7 9 1 ．7 3 3 9 卢c 2 ．2 7 5 2 1 6 ．0 1 5 1 0 一‘丁E r r o r p K c l p N , C l 。 因此可以推断，当N a C I 固定，K C I 逐步代替 N a F ，体系密度将减小；当K C l 固定，N a C l 逐步代替 N a F ，体系密度也将减小，但是实验数据在X N 桕。 X K C l ≈“ 1 1 时，随N a C I 进一步增加，体系密度却增 大，这可能是由于在K C I N a C F ．N a F 熔盐中加入 S i O z ，产生新的离子所引起的。 2 ．3 各温度下密度与组成关系 设体系的密度的与温度有关系为 g a o 口1 X l 口2 X 2 口3 X l X 2 - t - a 4 X 12 口5 X ； 4 式中a o 、a l 、a 2 、a 3 、a 4 、a 5 和X l 、X 2 、X 3 分别代 表式中常数项、各相应变量所对应的系数和N a C l 、 下转第5 5 页 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年1 期 5 5 参考文献 [ 1 ] 苏向东，汪大成，杨儒鑫，等．不溶性铅合金阳极的环境 材料化设计[ J ] ．贵州工业大学学报，1 9 9 7 ，2 6 6 5 ～9 ． [ 2 ] 汪大成，杨光棣．电解金属锰用新型阳极的研制口] ．贵 州科学，1 9 9 1 ，9 3 1 6 1 1 6 5 ． ， E 3 3 杨光棣．电解金属锰用铅阳极三相区M n 0 2 短路烧蚀 及其防治[ J ] ．中国锰业，1 9 9 3 ，1 1 9 3 9 - - 4 1 ． [ 4 ] 苏向东，罗宏，李鹏，等．电积铜用惰性P b 基合金阳极 的工业试验[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 2 4 4 3 4 5 ． 上接第2 8 页 K C l 、N a F 的摩尔分数，且X 1 X X 。 1 。 将实测密度值用S P S S l 3 ．0 软件进行回归分 析，得到各个温度下的密度与组成关系的回归方程 如下 ￡一9 0 0 ℃时p 一1 ．9 9 5 2 ．2 2 8 X l 1 ．3 3 0 X 2 4 ．1 2 5 X 1 X 2 1 ．5 2 8 X 12 5 ．4 3 7 X ； 5 ￡一8 6 0 ℃时J D 1 ．9 5 8 2 ．0 5 5 X 1 1 ．5 4 3 X 2 3 ．6 5 8 X 1 X 2 1 ．6 3 7 X 12 5 ．6 0 2 X 2 2 6 f 一8 2 0 ℃时p 一2 ．0 1 8 2 ．8 0 4 X 1 2 ．0 7 6 X 2 3 ．4 5 9 X 1 X 2 2 ．9 1 9 X 12 6 ．3 5 5 X ； 7 t - - - - 7 8 0 ℃时p 1 ．9 2 9 0 ．9 6 4 X 1 1 ．0 2 3 X 3 ．5 7 6 X 1X 2 0 ．0 0 6 X l2 4 ．7 8 8 X ； 8 f 一7 4 0 ℃时p 一0 ．0 3 2 ．7 6 6 X 1 1 2 ．4 6 6 X 2 - F 4 ．3 6 2 X 1 X 2 8 1 9 4 X 12 1 6 ．9 6 4 X ； 9 上述回归方程的相关系数R 均大于0 ．9 5 。 3结论 该熔盐体系的密度与温度呈良好的线性关系， 且随温度的升高而降低。当N a C l 含量不变时，用 K C l 逐步代替N a F 时体系的密度逐渐减小；当K C l 含量不变时，用N a C l 逐步代替N a F 时，体系的密度 先逐渐减小，当X 眦l X K c l X N a F ≈1 1 1 时， 熔盐的密度达到最低，之后随N a C l 含量的增加密 度逐渐增大；体系在X N l X K c l l 1 时，随N a F 含量的增加，密度逐渐增大。 参考文献 [ 1 ] 何小凤，李运刚．田薇，等．S i 0 2 在K C l N a C l 一N a F 体系 中的溶解度及溶解机理[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 0 8 ， 1 8 5 9 2 9 9 3 3 ． [ 2 ] 何小风，李运刚，李智慧．K C l 一N a C l 一N a F - S i O 熔盐体 系初晶温度的研究口] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 8 4 1 2 1 5 ． E 3 2 谢刚．熔融盐理论与应用[ M ] ．北京冶金工业出版社， 1 9 9 8 2 3 3 ． 万方数据