氧化镁在镁电解质中的溶解度.pdf

2 0 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年5 期 氧化镁在镁电解质中的溶解度 陈金钟，刘江宁，李冰，王瑾，于建国 华东理工大学资源与环境工程学院，上海2 0 0 2 3 7 摘要测定了M g O 在电解质M g C l 2 一N a C I K C l 一C a F 2 M g F 2 ／N a F 以及M g C l 2 一N a C I K C I N d C l 3 等 体系中的溶解度，并利用正交试验设计和响应面分析研究了熔盐各组分对M g O 溶解度的影响；对／V l g C l 2 一N a C I K C l 一C a F 2 M g F 2 小a F 体系，得到了M g O 溶解度随组分M g C L 2 与C A l F 2 含量的变化规律模型 和等值面图及响应面分析图；对M g C l 2 一N a C I K C I N d C I ，体系，研究了添加稀土氯化物对氧化镁溶解 过程的影响。试验结果表明，熔盐M g C l 2 一N a C I K C I C a F 2 M g F 2 ／N a F 体系中，M g C l z 与C 此的含 量对M g O 的溶解的影响显著，但体系中对氧化镁的溶解度并不大 N a F 2 M g F 2 。其主要原因是3 种 氟化物在熔盐中游离的氟离子浓度不同；该结论与 文献[ 9 ] 中测定的3 种氟化物在熔盐中游离态的氟离 子浓度排列顺序刚好吻合。 0 ．1 0 O ．0 8 0 ．0 6 0 ．0 4 0 ．0 2 氟化物／g 1 01 52 0 图5几种氟化物添加量对M g o 溶解度的影响 F i g ．5 T h ed e p e n d e n c eo fm g o s o l u b i l i t y o nd i f f e r e n tf l u o r i d e 2 ．2 氧化镁在熔盐M g C l 2 一N a C I K C 一N d C l 3 体 系中溶解度的测定 试验设计采用三元一次正交回归，3 因素3 水 平共1 1 个试验，其中8 个为析因点，3 个为零点，3 次零点试验以估计误差。编码变换为X 】 _ W 1 - - L ； X 2 警；x ， 警；其中因素水平选取 见表2 。 ． m 他 ∞ ∞ ∞ O 0 O O 0 暑，髓罄缝。蛊 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年5 期2 3 表2 三因素三水平取值表 T a b l e2E x p e r i m e n t a lf a c t o r sa n dl e v e l s 依试验结果可得出氧化镁溶解度Y 与熔体组成 的回归方程 Y 1 ．9 4 9 6 0 ．0 1 X 1 0 ．0 0 7 8 7 5 X 2 1 ．0 7 3 X 3 0 ．0 2 2 X I X 2 0 ．0 0 7 X 1 X 3 0 ．0 0 4 6 X 2 X 3 ≈1 ．9 4 9 6 1 ．0 7 3 X 3 。 根据坐标的变换得到M g O 的溶解度与熔盐组 分的关系M g O ％ 2 1 ．4 6 W 3 0 ．1 9 6 4 ；该方程经 F 和t 检验均通过，说明可以用该方程描述M g O 在 N d C l 3 一N a C l 一K C l 一M g C l 2 体系中的溶解规律。 试验结果可以看出M g O 在N d C l 3 一N a C l 一K C l 一 M g C l 2 熔盐体系中的溶解度主要受熔盐中N d C l 3 含 l5 X l o 舀1 0 0 0 0 瓢J 0 0 0 量的影响，其它成分对M g O 的溶解度影响不显著。 3热力学分析 对M g O 溶解前的熔盐和溶解后的熔盐进行 X R D 分析，分析结果如图6 。从X R D 图谱可以看出 M g O 溶解后有N d O C l 生成，得到M g O 在N d C l 3 一 K C l 一M g C l 2 一N a C l 熔盐中的溶解反应如下，验证 了文献【7 ‘1 1J 结果。 M g O N d C l 3 M g C l 2 N d O C l 根据试验结果，我们推测，M g O 在熔盐中的溶解 过程可分为两步第一步是M g O 晶体 进入熔盐溶 解M g o 溶质 ，即M g O 晶体受熔盐离子侵蚀而生成 M g O 溶质，称为M g O 的溶解活化过程，反应为 M g O 晶体 2 C 1 一 M g O C l 2 2 一 第二步M g O 溶质与N d C l 3 反应生成N d O C l 和 M g C l 2 ，溶解活化过程是吸热过程，第二步反应过程 为放热过程。 ●N d C l3 ’t ．矗山直一j ⋯．。 L 一 1 02 03 0 4 05 06 07 08 0 2 0 ／ 。 ●N d C Is N a c l K c l M g c l 2 N d c l 3 _ 5 2 2 j 的戈冬盐 _ M g O M g O 溶解前 ，．．巴“i l “ 直⋯■一一 一． 卜 1 02 03 04 05 06 07 08 0 2 p ／ o 2 5 f 0 0 2 0 J 【 0 1 2 1 5 0 0 0 U l 似X 0 ．N d O C I N a C I K C I M g C l 2 N d c l 3 5 2 2 l 的熔盐 4 N d C I3M g O 溶解后 。 ●M g O 矗一．■札心血一- I ．。- 。．l j ．．J “ J 图6 熔盐的X R D 图谱 F i g ．6 T h eX R D p a t t e r no ft h em e l ts a l t 对溶解反应 s o l n M g O s N d C l 3 s o l n - - - M g C l 2 s o l n N d O C I进行热力学分析，计算出的△G T o 与温度T 呈 姗 舢 姗 。 万方数据 2 4 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年5 期 线性关系，方程为 △G T o 一0 ．0 1 4 3 T 一1 0 ．2 0 5 反应的△G 吾 N a F 2 M g F 2 。 用回归正交设计试验方法测定了M g O 在M g ． C 1 2 一N a C l 一K C l 一N d C l s 体系熔盐中的溶解度，得 出N d C l 3 的含量对M g O 的溶解度有显著影响；还进 一步证明M g O 在N d C l 3 一N a C l 一K C l 一M g C l 2 体系 中的溶解速率只与N d C l 3 浓度有关，其在7 8 0 ℃溶 解度满足M g O ％ 2 1 ．4 6 W 3 0 ．1 9 6 4 。 参考文献 [ 1 ] 吴秀铭中国镁工业的现状与展望[ J ] ．有色金属加工， 2 0 0 2 2 2 3 25 ． [ 2 ] 王延滨，张日强．镁电解过程杂质的影响[ J ] ．轻金属， 1 9 9 0 1 1 3 7 4 0 ． [ 3 ] 王延滨，张日强．镁电解过程的研究[ J ] ．轻金属，1 9 9 2 1 4 3 4 5 ． [ 4 ] 邸柏林．水分对镁电解过程的影响[ J ] ．轻金属，1 9 8 7 1 1 3 4 3 5 ． [ 5 ] 李树林．对镁电解过程中电解质沸腾的探讨[ J ] ．轻金 属，1 9 9 7 2 3 2 4 1 ． [ 6 ] 杨宝钢．M g O 在氯化镁电解过程中的电泳行为[ J ] ．轻金 属，2 0 0 0 1 0 4 3 4 5 ． [ 7 ] M a r t i nRL ，W e s tJB ．氧化镁在熔盐中的溶解度[ J ] ．张 永健译，J ．I n o r g ．a n dN e u c l ．C h e m ，1 9 6 2 ，2 4 1 0 5 一 1 1 1 ． [ 8 ] H e i d iM e d i a a s ．L i g h tm e t a l s1 9 9 6 [ M ] ．A n a h e i m M i n e r a l s M e t a l sa n dM a t e r i a l sS o c i e t y ，1 9 9 6 ． [ 93R ．A ．s h a r n a ．E l e c t r o w i r m i n gm a g n e s i u mf r o mi t so x i d ei na m e l tc o n t a i n i n gn e o d y m i u me h l o r i d e [ J ] ．J o u r n a lo fA p p l i e d E l e c t r o c h e m i s t r y ，1 9 9 7 ，2 7 4 4 0 4 4 1 3 ． [ 1 0 ] 周传华，马淑兰，李国勋．氧化铝的溶解度与溶解速度 [ J ] ．有色金属，1 9 9 8 ，5 0 2 8 2 8 4 ． [ 1 1 ] 徐日瑶，镁冶金学[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 8 1 1 2 6 1 2 9 ． [ 1 2 ] C a t h r oKJ ，D e u t s c h e rRL ，S h a r n aRA ．E l e c t r o w i n n i n g m a g n e s i u mf r o mi t so x i d ei nac o n t a i n i n gn e o d y m i u mo h i o r i d e [ J ] ．J o u r n a lo fA p p l i e de l e c t r o c h e m i s t r y ，1 9 9 9 ，2 7 4 0 4 4 0 9 ． 上接第1 2 页 参考文献 [ 1 ] 陈延禧．解工程[ M ] ．天津天津科学技术出版社， 1 9 9 3 3 5 0 3 5 8 ． [ 2 ] E n e h e vI ，M i k h a i l o vN ．P o s s i b i l i t yf o ri m p r o v e m e n to ft h e c o p p e re l e c t r o p l a t i n gp r o c e s su s i n gu l t r a s o u n de n e r g y [ J ] ． K h i m ．I n d ．，1 9 7 5 ，4 7 2 5 4 ． [ 3 ] J a s k u l aM a r i a n ．T h ec u r r e n td e n s i t yo p t i m i z a t i o ni np e r i o d i c c u r r e n tr e v e r s a lc o p p e re l e c t r o r e f i n i n g [ J ] ．M e t a l ，1 9 9 0 ，4 4 2 1 5 7 ． [ 4 ] D e v a r a jG ，S e s h a a d r iSK ．P u l s e dE l e c t r o d e p o s i t i o no fc o p ． p e r [ J ] ．P l a t i n g S u r f a c eF i n i s h i n g ，1 9 9 2 8 7 2 ． [ 5 ] 鲁道荣，何建波，李学良，等．高电流密度脉冲电解制备 纯铜的研究[ J ] ．有色金属，2 0 0 2 ，5 4 5 1 1 1 4 ． [ 6 ] 鲁道荣，何建波，李学良，等．脉冲电流法电解精炼铜的 可行性研究[ J ] ．合肥工业大学学报，2 0 0 1 ，2 4 6 1 0 5 3 1 0 5 6 ． [ 7 ] 鲁道荣，李学良，何建波，等．周期反向电流法高电流密度 电解精炼铜的研究[ J ] ．有色金属，2 0 0 1 ，5 3 2 3 9 ． [ 8 ] 周绍民．金属电沉积原理与研究方法[ M ] ．上海上 海科学技术出版社，1 9 8 7 2 0 2 2 0 3 ；4 3 7 ． 万方数据