NaF-KF-AlF3-CaF2-LiF低温电解质初晶温度和氧化铝溶解性能及机理的研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51764032
  • 项目类别：
    地区科学基金项目
  • 资助金额：
    38.0万
  • 负责人：
    颜恒维
  • 依托单位：
    昆明理工大学
  • 学科分类：
    E0412.有色金属冶金
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Lowering operating temperature of the aluminum reduction cell can efficiently reduce the energy consumption. KF-NaF-AlF3-based electrolyte is the most promising low-temperature electrolyte for aluminum reduction. The deterioration of alumina solubility caused by the addition of CaF2 and LiF will be resolved in this project. Liquidus temperature and alumina dissolution properties in NaF-KF-AlF3- based low-temperature electrolyte will be investigated, and the mechanism of dissolution will be discussed. Liquidus temperature and alumina solubility will be measured by cooling curve and rotating corundum disk method, respectively, and both of them also be calculated by Factsage phase diagram software and thermodynamic data. On those bases, the emprical formula between liquidus temperature, and electrolyte component will be derived, the emprical formula between alumina solubility and electrolyte component will also be derived. The dissolution speed of alumina will be tested by rotating corundum disk. After processing the data of dissolution speed, the order of dissolution reaction, as well as the rate constant of dissolution reaction and the Arrhenius equation will be derived. The suitable electrolyte for aluminum reduction at 780 to 800 degree C will be choosed after the research on solubility and dissolution speed of alumina. The structure of molten NaF-KF-AlF3-CaF2-LiF-Al2O3 bath will be analyzed by quantum chemistry calculation，Raman spectra test, and by the analysis of oxygen absorbing peak of LECO oxygen analyzer. The relationship between bath structure and dissolution properties，the mechanism of alumina dissolution will be discussed as well. The work on this project will provide fundamental theory and data to the industrial application of KF-NaF-AlF3-based electrolyte.
低温铝电解可以大幅减少铝电解能耗，NaF-KF-AlF3电解质体系是最有希望实现工业应用的铝电解低温电解质体系。本项目将解决CaF2及LiF引起的NaF-KF-AlF3低温电解质中氧化铝溶解性能急剧恶化的问题。采用实验研究结合热力学数据及Factsage软件计算的方法对NaF-KF-AlF3-CaF2-LiF电解质的初晶温度及氧化铝溶解度进行研究，在此基础上得出初晶温度及氧化铝溶解度与电解质成分之间的经验公式。采用旋转刚玉片法研究氧化铝溶解速度，获得溶解反应级数、反应速度常数及阿累尼乌斯公式。通过上述研究筛选出780-850℃下氧化铝溶解性能可以满足电解要求的电解质成分。采用量子化学计算、高温拉曼光谱结合LECO定氧仪的氧吸收峰对该电解质体系的熔盐结构进行解析，在此基础上探究氧化铝的溶解机理以及熔盐结构对氧化铝的溶解性能的影响。本项目研究成果将为该低温电解质体系的工业化应用提供基础数据及基础理论支持。

结项摘要

基于惰性阳极的无碳铝电解技术消除了铝电解过程中二氧化碳的排放，是铝工业实现低碳、可持续发展的关键技术，低温铝电解技术可以大幅度减小阳极的腐蚀，而找到一种合适的低温电解质是低温铝电解技术的关键。NaF-KF-AlF3电解质体系是最有希望实现工业应用的铝电解低温电解质体系。.本项目研究了分子比为1.5-1.8的NaF-KF-AlF3电解质体系的初晶温度，以及CaF2及LiF含量对初晶温度的影响，并获得了初晶温度计算的经验公式；研究了NaF-KF-AlF3-CaF2-LiF电解质体系中氧化铝溶解度和溶解速度，研究了分子比、NaF、CaF2、LiF含量及温度（过热度）对溶解度及溶解速度的影响。研究结果表明：通过提高分子比、温度并控制NaF含量控制在35-45mol%，可解决CaF2及LiF引起的氧化铝溶解性能急剧恶化的问题。总的来说，分子比为1.5-1.7，NaF含量为35-45mol%的NaF-KF-AlF3-CaF2-LiF电解质体系在780-850℃下氧化铝溶解度大于5wt%，可满足低温铝电解的要求。当熔体中氧化铝的含量较低时，氧化铝溶解为零级反应，反应速率常数分别为0.3-0.52((g Al2O3 /100 g)·min-1·L-1)；当氧化铝的含量大于饱和浓度60%时，氧化铝溶解反应为一级反应，速率常数约为0.0117和0.0125 min-1，氧化铝的溶解速率取决于前5分钟电解质中氧化铝的溶解速率，氧化铝溶解的活化能为1.07*105（J/mol）。.利用高温拉曼光谱结合LECO定氧仪的氧吸收峰对NaF-KF-AlF3-CaF2- LiF-Al2O3电解质的熔盐结构进行了解析，并对电解质物相及熔盐结构进行了分析。结果表明：KF-NaF-AlF3电解质在冷却过程中先后析出K2NaAlF6、Na3Al5F14、K2NaAl3F12及KAlF4，其中K2NaAlF6和K2NaAl3F12 为两个新物相，为相图的建立提供了新的物相信息；分子比为1.3的KF-NaF-AlF3熔盐中，存在AlF63-、AlF52-、AlF4-；探讨了氧化铝溶解机理，在较低的氧化铝浓度下，优先生成了Al2OF62-络合离子，随着氧化铝含量的增加，又先后生成Al2O2F42-及Al3O3F63-（或者Al3O4F43-）络合离子。

项目成果

期刊论文数量（9）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（15）
NaF-K_(2)TiF_(6)-TiO_(2)体系中直接电解制备钛的可行性研究
  • DOI：
    10.16112/j.cnki.53-1223/n.2021.05.202
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    昆明理工大学学报(自然科学版)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    刘瑛鑫;颜恒维;刘战伟;秦博;杨鹏臣
  • 通讯作者：
    杨鹏臣
Digestion behavior and removal of sulfur in high-sulfur bauxite during bayer process
高硫铝土矿拜耳法消化行为及脱硫
  • DOI：
    10.1016/j.mineng.2020.106237
  • 发表时间：
    2020-04
  • 期刊：
    Minerals Engineering
  • 影响因子：
    4.8
  • 作者：
    Liu Zhanwei;Yan Hengwei;Ma Wenhui;Xie Keqiang;Xu Baoqiang
  • 通讯作者：
    Xu Baoqiang
Sulfur Removal of High-Sulfur Bauxite
高硫铝土矿脱硫
  • DOI：
    10.1007/s42461-020-00225-6
  • 发表时间：
    2020-06
  • 期刊：
    Mining, Metallurgy and Exploration
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Liu Zhanwei;Yan Hengwei;Ma Wenhui;Xiong Ping
  • 通讯作者：
    Xiong Ping
Sulfur removal by adding aluminum in the bayer process of high-sulfur bauxite
高硫铝土矿拜耳法加铝脱硫
  • DOI：
    10.1016/j.mineng.2018.01.030
  • 发表时间：
    2018-04-01
  • 期刊：
    MINERALS ENGINEERING
  • 影响因子：
    4.8
  • 作者：
    Liu, Zhanwei;Li, Dunyong;Li, Pengfei
  • 通讯作者：
    Li, Pengfei
Determination of the Cryolite Ratio of KF-NaF-AlF3 Electrolyte by Conductivity Method
电导法测定KF-NaF-AlF3电解质冰晶石比例
  • DOI：
    10.1007/s11663-018-1275-y
  • 发表时间：
    2018-05
  • 期刊：
    Metallurgical and Materials Transactions B-Process Metallurgy and Materials Processing Science
  • 影响因子：
    3
  • 作者：
    Yan Hengwei;Yang Jianhong;Liu Zhanwei;Wang Chengzhi;Ma WH
  • 通讯作者：
    Ma WH

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其他文献

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颜恒维的其他基金

Na2O·xAl2O3的制备及其在低温电解质中的溶解及电解过程基础研究
  • 批准号：
  • 批准年份：
    2020
  • 资助金额：
    35 万元
  • 项目类别：
    地区科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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