铝电解质分子比测试方法研究
第10卷第2期
V01.10No.2
海口经济学院
JournalofHaikouCofiegeofEconomics
2011年6月
Jun.2011
科技与应用
耷肇耷
铝电解质分子比测试方法研究
严规有
‘(海口经济学院工程技术学院,海南海口570203)
摘要:铝电解质分子比是影响铝电解电流效率的重要因素,因此,在铝电解工业生产
实践中常需对铝电解质分子比进行测定.如今应用较为新颖的,问世不久的离子选择电极法
测定铝电解质溶液中氟离子浓度,进而可求出分子比,在实验确定最佳的条件下进行测定,
结果准确可靠.而且简单,快速.是测定铝电解质分子比的有价值的方法并已应用于实践.
关键词:分子比;氟离子;铝电解质;离子选择电极法
中图分类号:0657.I3标识码:A文章编号:o9o906(2ol1)02-0086—03
AResearchoftheTestingMethodofElectrolyteMolecularProportion
YANGui—-you
(InstituteofAppliedTechnology,HaikouCollegeofEconomies,Haikou,570203,Hainan)
Abstract:Theelectrolytemolecularproportionofaluminumisanimportantfactorinfluenc-
ingtheefficiencyofelectrolyticcurrent.So,atestingprocessisusuallyperformedinitsprodue—
ing,andthelatestwaytodothetestiscalledelectrodeidentifyingmethodwhichcanindicate
thedensityoffluorinioncontainedintheelectrolytesolution,andworkouttheproportion.Ifan
excellentconditioncouldberetained,theoutcomeisreliableanditisthesimplestandquick
wayappliedinpractice.
Keywords:MolecularProportion;Fluorinion;AluminumElectrolyte;ElectrodeIdentifying
Method
在铝工业生产实践中.需要在电解原料三氧
化二铝粉末中加入氟化钠,氟化钙等物质,三氧
化二铝和这些添加物加热熔融后进行电解而产
生金属铝,这些熔融物称为铝电解质.铝电解质
中氟化钠与氟化铝的分子数之比(NaFIAIF3),简
称为分子比.分子比是表示铝电解质成分的重要
参数.是影响铝电解过程能耗及电流效率的主要
因素之一【”.铝电解企业用电量相当大,提高电流
效率是节约资源,降低生产成本,增加经济效益
和提高企业竞争力的非常重要的问题.国内外学
者为了提高铝电解电流效率做了不少的研究网,结
果表明,当铝电解质中有过剩AlF3存在时(即分
子比小于3),铝液一电解质界面张力增大,有利
于分散在电解质中的铝珠汇集.也使铝的溶解度
减小,提高了单位电能的铝产量,即提高了电流
效率.为了确定最合适的分子比,人们采用不同
收稿日期:2011—03—22
作者简介:严规有(1945一),男,广西博白人,硕士生导师,海口经济学
院教授;研究方向:电化学分析.
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的分析方法测定铝电解质中相关组分[3,41,这其中
有重量分析法,热滴定法,X衍射分析法等;前二
个方法操作手续冗长费时,后者又需要贵重的仪
器.这些限制了他们在生产实践中的应用.本文
应用上世纪七十年代才产生的新型的氟离子选
择性电极为指示电极.应用饱和甘汞电极为参比
电极,用一台普通酸度计测定产生的电势差,就
可不经任何分离手续.快速测定铝电解质中相关
组分以确定分子比,操作简单,结果可靠.
一
,实验部分
1.实验仪器:PHS一3C型酸度计;232型饱和
甘汞电极;PF_1型离子选择性电极;85—2型恒温
磁力搅拌器:马弗炉.
2.主要试剂:氟化钠;柠檬酸钠;氢氧化钠;氯
化钠;盐酸;冰醋酸(以上试剂均为分析纯).
3.主要溶液的配制:氟化钠
溶液的配
制——称取1.000g氟化钠,放入250mL容量瓶
中.加去离子水溶解,将溶液转入1000mL容量瓶
中,用去离子水定容,摇匀,倒入洗净干燥的塑料
瓶中存放:总离子强度调节剂的配制——称取
58.Og氯化钠和10.0g柠檬酸钠放入1000mL的
烧杯中,加入57.0mL冰醋酸和500mL去离子水,
以1mol?L一1Na0H溶液和lmol?L一1HC1溶液调
节这溶液的酸度使其pH=5,6,移入1000mL容量
瓶中.用去离子水定容,摇匀.
4.化学实验方法:准确称取冷却了的铝电解
质试样1g放在瓷研钵中研磨,使之充分混合后,
全部转移到瓷坩埚中,放人马弗炉内加热至600—
650~C,在此温度下维持30min,取出冷却后,放在
盛有200mL去离子水的烧杯中,使样品熔融物充
分溶解后.连同不溶物一起转入250mL容量瓶
中,用去离子水定容,摇匀后,放置20min,各取
上清液5.00mL放人两个50mL容量瓶中,其中一
个加入适量氟化钠标准溶液,此后,在这二个
50mL容量瓶中均加入25.00mL总离子强度调节
剂,并用去离子水定容,摇匀后,倒入二个洁净干
燥的50mL烧杯中供测定.
5.电动势的测定方法:把酸度计接通电源预
热20min后,把氟离子选择性电极接至酸度计
的负接线栓,饱和甘汞电极接至酸度计的正接线
栓.把这二个电极放入盛有40mL去离子水的
50mL烧杯中,加入电磁搅拌芯,在不断搅拌下测
定这二个电极的电势差,当电势差不变时,取出
电极并放入上述准备好的盛有待测试液的50mL
烧杯中,当两电极电势差不变时,读出其相应的
电势差,并按加入法计算试样中氟离子的浓度.
二,实验结果与讨论
(一)测试电极的选择
单个电极的电位是无法测量的,必须有二个
电极插入能进行电传导的溶液中构成一个电池
才能测定其产生的电势差.而其中一个电极的电
位在测定过程中随溶液中某一组分浓度的改变
而改变,称为该组分的指示电极,而另一个电极
的电位不随测试液浓度变化而改变,这称为参比
电极.在铝电解质溶液测定中,要测定分子比就
必须测定氟离子浓度,电解质样品不同,其氟离
子浓度是变化的,实践证明,氟离子选择电极的
电位是灵敏地响应氟离子浓度的变化且选择性
高,故选用氟离子选择电极为指示电极;饱和甘
汞电极的电位不随氟离子浓度的变化而改变,即
在测定过程中其电位恒定不变,选作参比电极.
由这二个电极及测试溶液组成的电池的电动势
的变化就是氟离子电极的电位变化.
(二)氟离子电极电位与氟离子浓度的
关系
根据电化学中能斯特方程式
E:K士丝Lna
nF
这表征溶液无限稀释时离子间不存在相互
作用力的情况下.电极电位E与离子活度a之间
的关系,但事实上溶液不可能无限稀释,离子间
总有作用力.离子的活动受到周围离子的限制,
这种限制用活度系数f表示,此时电极电位E与
离子浓度c关系为
E=K?Lnfc=K?Lnf?Lnc
IlFnFIlF
要使电极电位与离子浓度c有确定的关系,
必须使在一系列测定中活度系数f维持不变,测
定的结果才可靠.但实际测定时,随着测定样品
不同.样品组成会有所不同,离子间的作用力会
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变化,就会导致活度系数f的改变,使测定结果不
准确.为了克服这缺点.我们在一系列测试的样
品溶液中均加入较高浓度的强电解质溶液,使其
产生较大的离子背景强度.这样当测试样品改变
时.离子间作用力基本不变活度系数f几乎不变.
经试验,选用了柠檬酸钠,氯化钠和冰醋酸组成
离子强度调节缓冲剂,这些药品便宜易得,使用
方便,他们组成的溶液既能提供较大的离子背景
强度,也能消除铁铝等离子的干扰,同时又能控
制溶液酸度.当上述离子强度调节溶液用量在
15,30mL间.读数很快达到平衡值.从使用方便
和掩蔽铁铝干扰的需要,在测定中选用25.00mL.
(三)测试介质酸度的选择
氟离子选择电极的敏感膜是由IJa单晶构
成,当溶液碱性大时,LaF3单晶会与溶液中OH一
作用生成bl(oH),沉淀并产生附加的氟离子,导致
电极损坏,结果又不准确.当溶液酸度较大时,试
液中r与H+j成HF或H,降低了测试液中r
的有效浓度.试验表明,当试液pH=5-,,6时,既不
损坏电极,又不影响r有效浓度,而且电极响应
快,达到平衡时间短.实验选定测试介质pH=5,6,
总离子强度缓冲液的酸度也调节到pH=5,6.
(四)定量方法的选择
用离子选择性电极进行测试时.通常用标准
曲线法和标准加入法.当样品组成简单,测量样
品个数多时,应用标准曲线法较好;但当样品组
成较复杂时,标准曲线法产生误差较大,难以满
足实践的需要.试验表明.在铝电解质这样复杂
的样品中加入适量氟离子标准液.使样品中氟离
子和标准中氟离子受到相同背景的影响.由背景
影响产生的误差大大缩小甚至消除.在铝电解质
测试中,选用标准加入法计量,结果重现性好,准
确度高.在通过测定氟而确定铝电解质的分子比
中获得很好的应用.
三,结论
(一)氟离子选择电极法是测定铝电解质中
r浓度一种较理想的方法,理论基础严谨.
(二)方法选择性高,不用任何分离手续可直
接测定铝电解质中r,分析速度快.
(--)所用仪器简单,操作简便.
(四)成本低廉,在工业实践中应用前景广阔.
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