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1、離子液體在金屬冶金中的應(yīng)用摘要：離子液體作為一種新型的反應(yīng)介質(zhì)，同時(shí)具有有機(jī)溶劑和高溫熔鹽的優(yōu)點(diǎn)而成為非有前途的低溫“綠色”溶劑，將其用于金屬提取分離只需在室溫或接近室溫下進(jìn)行，具有反應(yīng)條件溫和、能耗低、無污染等特點(diǎn)，可大幅度降低生產(chǎn)成本，具有巨大潛力。關(guān)鍵詞：離子液體；金屬冶金；電沉積Abstract:Ionicliquidsasanewtypeofreactionmedium,atthesametimepossessestheadvantagesoforganicsolventandhightemperaturemoltensalthasbecomeapromising"green"
2、solventsatlowtemperature,theextractionandseparationformetalatroomtemperatureornearroom,undermildreactionconditions,lowenergyconsumption,nopollutionetc.,cangreatlyreducetheproductioncost,hasenormouspotential.Keyword:ionicliquid;metalandmetallurgy;electro-deposition前言離子液體是室溫離子液體的簡稱，是由特定有機(jī)陽離子和陰離子構(gòu)成的
3、在室溫或接近室溫下呈液態(tài)的熔鹽體系，它具有一系列獨(dú)特的物化性能，是一種真正的“綠色”溶劑，已廣泛和成功地用于材料制備、催化、金屬電沉積、燃料電池等領(lǐng)域。離子液體作為一種溶劑，提供了與傳統(tǒng)分子溶劑完全不同的環(huán)境，一些化學(xué)反應(yīng)子液體中進(jìn)則可能取得與傳統(tǒng)化學(xué)不同的令人驚異的結(jié)果。在金屬的電解精煉方面，離子液體是一種理想的室溫液態(tài)電解質(zhì)，它融合了高溫熔鹽和水溶液的優(yōu)點(diǎn)：具有較寬的電化學(xué)窗口，在室下即可得到在高溫熔鹽中才能電沉積得到的金屬和合金，但沒有高溫熔鹽那樣的強(qiáng)腐蝕性；同時(shí)，在離子液體中還可電沉積得到大多數(shù)能在水溶液中得到的金屬，且無副反應(yīng)，因而得到的金屬質(zhì)量更好，特別是對鋁、鈦、硅和鍺等很
4、難在水溶液中電沉積得到的金屬更是如此。離子液體的上述特性及其良好的電導(dǎo)率使之成為電沉積研究的嶄新的電解質(zhì)。在金屬及其氧化物的溶解腐蝕、礦物中有價(jià)元素提取分離等方面，離子液體具有不易揮發(fā)和燃燒、可溶解許多無機(jī)物和有機(jī)物、易通過物理方法再生的優(yōu)點(diǎn)，是一種新型“綠色”溶劑。這些特性使其在冶金和材料制備領(lǐng)域尤其是金屬提取與分離等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。一、離子液體在金屬Al制備中的應(yīng)用常規(guī)的鋁電解是采用高溫電解法和Hall-Héroult法，這些方法雖然產(chǎn)量高，但是電解溫度高達(dá)850~900℃，存在高能耗、高污染等缺點(diǎn)。近幾年，人們在對室溫離子液體性質(zhì)進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，采用離子液體進(jìn)行鋁的電沉積具
5、有很多優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)殡x子液體除具有其他溶劑的特點(diǎn)以外，還具有自身的一系列優(yōu)越性，液體狀態(tài)溫度范圍寬(?90~300℃)；高熱穩(wěn)定性和高化學(xué)穩(wěn)定性；電化學(xué)窗口較寬(3~5V)；蒸汽壓比較低，幾乎趨于零；可以根據(jù)陰陽離子調(diào)節(jié)Lewis酸性；無污染且可以循環(huán)使用。這些優(yōu)點(diǎn)使得離子液體在電解鋁工藝中得到廣泛的關(guān)注和研究。北京化工大學(xué)的趙海，徐聯(lián)賓，陳建峰，張鵬遠(yuǎn)等人在研究離子液體[EMIM]Br-AlCl3中恒電流沉積鋁后提出，離子液體[EMIM]Br-AlCl3的電導(dǎo)率隨著溫度的上升而增大，符Arrhenius公式。電流密度，溫度、攪拌速率和沉積時(shí)間均影響鋁的沉積速率、電流效率和表面形貌。在電流密
6、度為20mA/cm2，溫度為40℃，攪拌速率為700r/min，時(shí)間為60min的條件下，所得鋁沉積層連續(xù)、致密、附著性好、顆粒狀且粒徑??；電流效率維持在80%以上，陰極鋁層純度達(dá)96%，其中少量的氧來至鋁的氧化。不同AlCl3/[EMIM]Br摩爾比的離子液體的電導(dǎo)率隨著溫度升高呈上升趨勢；隨著摩爾比的增加，離子液體的電導(dǎo)率反而降低。AlCl3/[EMIM]Br摩爾比為2:1的離子液體中，鋁的沉積存在一個(gè)最優(yōu)條件，只有在一個(gè)合理的范圍內(nèi)才能同時(shí)得到較高的沉積速率和電流效率。陰極鋁的表面形態(tài)在各種條件下變得不一致，在沉積速率和電流效率都較高的條件下能得到表面平整、致密、連續(xù)、附著性好、呈
7、顆粒狀且有金屬光澤的鋁層。我國只是在近年來才開始將室溫熔鹽電鍍鋁作為一種工藝方法進(jìn)行研究。在AlCl3-EMIC（N=0.667）室溫離子液體中電沉積出鋁鍍層往往不夠致密、光滑、鮮有金屬光澤。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，加入LaCl3可以改變鍍層的性質(zhì)，在配制好的AlCl3-EMIC中加入過量的氯化鑭，研究其成核機(jī)理，并與未加氯化鑭得到的鍍層相比較，希望鑭的加入可以得到致密光亮的鍍層。在含有飽和LaCl3的AlCl3-EMIC中電沉積鋁，將氯化鑭溶
