¿Cuáles son los ingredientes de la sal fundida?
La masa fundida formada por la fusión de sales es una masa fundida iónica compuesta de cationes y aniones. Li Shizhen de la dinastía Ming en China registró en su libro "Compendio de Materia Médica" que el salitre (nitrato de potasio) se fundía en líquido cuando se calentaba, lo cual es uno de los primeros registros documentados de sal fundida. A principios del siglo XIX, el químico británico H. Davy fue el primero en utilizar la electrólisis de sales fundidas para producir metales. Este método se puede utilizar para preparar muchos tipos de metales con propiedades químicas más activas. Como aluminio, magnesio, metales de tierras raras, sodio, litio, calcio, torio, uranio, tantalio, etc. Desde finales del siglo XIX, la producción industrial a gran escala se ha llevado a cabo mediante fundición electrolítica de sal fundida de criolita-alúmina y fundición electrolítica de magnesio utilizando sal fundida de cloruro que contiene cloruro de magnesio. Los metales como el aluminio y el titanio se pueden refinar mediante electrólisis de sales fundidas con ánodos solubles (electroobtención). En la industria metalúrgica, la sal fundida también se utiliza como escoria para la fundición de electroescoria de aleaciones, fundente para fundición y soldadura de aleaciones ligeras y medio para hornos de baño de sal para tratamiento térmico de aleaciones. El desarrollo de la industria de la energía atómica y la tecnología metalúrgica del combustible nuclear ha abierto nuevos campos para la aplicación de las sales fundidas. Además del electrolito de sal fundida o medio de reacción que se puede utilizar en la preparación y posprocesamiento del combustible nuclear, se espera que los reactores de sal fundida que utilizan el sistema de sales fundidas de fluoruro de litio, fluoruro de berilio y fluoruro de torio como combustible nuclear se conviertan en un nuevo Fuente de energía que utiliza torio como combustible nuclear. El agente de transferencia de calor de sales fundidas se utiliza en la producción química y metalúrgica y también se espera que se utilice en la industria de la energía atómica. Las pilas de combustible y las baterías que utilizan sales fundidas como electrolitos son fuentes de energía química prometedoras.
Dado que las sales fundidas son un material comúnmente utilizado en la industria metalúrgica, la fisicoquímica de las sales fundidas se ha convertido en una rama importante de la química física de los procesos metalúrgicos.
Estructura de la sal fundida La sal fundida está compuesta de cationes y aniones. Las fuerzas de interacción entre iones incluyen la fuerza electrostática (que es una fuerza de largo alcance que obedece a la ley de Coulomb), la fuerza repulsiva de corto alcance y la fuerza de van der Waals (traducida como fuerza de van der Waals). Como primera aproximación, se puede utilizar el modelo de esfera dura electrostática para describir la estructura de la sal fundida. Es decir, se considera que tanto los aniones como los cationes son esferas duras cargadas con un radio determinado, y la fuerza de van der Waals se ignora o se utiliza como término de corrección. Debido a la interacción electrostática, cada ion en la sal fundida está rodeado por iones de diferentes signos. Los resultados de los experimentos de difracción de rayos X muestran que, en comparación con la estructura cristalina, la distancia más cercana entre aniones y cationes en la sal fundida no solo no aumenta. , pero disminuye ligeramente, pero cada vez El primer número de vecino (número de coordinación) de un ion se reduce significativamente que el del cristal. Esto indica que hay huecos o vacantes distribuidos irregularmente en la sal fundida. La estructura de la solución de sal fundida que se forma cuando dos sales fundidas son miscibles entre sí es generalmente similar. De acuerdo con la ecuación de energía potencial de la interacción entre iones, se pueden usar computadoras para simular el movimiento y la disposición de los iones en la sal fundida y luego calcular muchas propiedades físicas y químicas de la sal fundida o de la solución de sal fundida.
El estudio de las propiedades físicas y químicas de la sal fundida y del diagrama de fases de la sal fundida y de la solución de sal fundida no sólo contribuye a la comprensión de la estructura de la sal fundida y de la solución de sal fundida, sino que también proporciona una base Para encontrar soluciones tecnológicas de producción, un útil sistema de sales fundidas constituye la base. La selección del electrolito de sales fundidas apropiado es clave para el éxito del proceso de electrólisis de sales fundidas. El punto de fusión (equilibrio de fases), la densidad, la tensión superficial o tensión interfacial, la viscosidad, la conductividad y otras propiedades del sistema de sales fundidas tienen un impacto importante en la producción de electrólisis. El estudio del diagrama de fases de las sales fundidas es importante para comprender la interacción entre las sales fundidas y formular el proceso de electrólisis de las sales fundidas. Los métodos comúnmente utilizados para medir diagramas de fases de sales fundidas son la inspección visual, el método de temperatura variable y el análisis térmico diferencial. El cálculo del diagrama de fases de sales fundidas utilizando funciones termodinámicas con la ayuda de computadoras se ha convertido en un medio auxiliar para la medición del diagrama de fases de sales fundidas. El tipo de diagrama de fases de sales fundidas está relacionado con el tipo de interacción entre las sales fundidas. Algunas sales fundidas con tipos de valencia y radios iónicos muy similares forman una solución casi ideal en la fase líquida y luego forman una solución sólida continua después de la solidificación. Por ejemplo, el sistema cloruro de potasio-cloruro de rubidio. Cuando el tipo de valencia o el radio iónico es muy diferente, suele formarse un diagrama de fases con un punto de fusión bajo. Por ejemplo, la serie cloruro de potasio-cloruro de litio. Algunos diagramas de fases de sales fundidas tienen compuestos intermedios estables o inestables. La fase líquida de un pequeño número de sistemas de sales fundidas no es completamente miscible, formando un sistema estratificado en fase líquida.
A excepción de las sales fundidas con tipos de valencia y radios iónicos muy similares que a menudo forman soluciones casi ideales, el calor de mezcla de la mayoría de los sistemas de sales fundidas no es cero. Las propiedades termodinámicas de muchas soluciones de sales fundidas se pueden calcular utilizando la teoría regular de soluciones.
Disolución de metales y gases en sales fundidas Muchas sales fundidas y metales líquidos tienen un cierto grado de solubilidad mutua. Las soluciones de metales en sales fundidas a veces se denominan "niebla metálica" porque alguna vez esta solución se confundió con una solución coloidal. La "niebla metálica" es extremadamente perjudicial para la fundición electrolítica porque hace que el metal precipitado del cátodo se disuelva y se pierda, reduciendo así la eficiencia de la corriente. Las solubilidades de diferentes metales en diferentes sistemas de sales fundidas varían mucho.
Los metales alcalinos, calcio, metales de tierras raras, cadmio, bismuto, etc. tienen mayor solubilidad en sus propias sales fundidas de haluros, mientras que el galio, talio, estaño, plomo, etc. tienen muy poca solubilidad.
Muchos gases también son solubles en sales fundidas. La disolución del gas anódico y su interacción con el metal del cátodo son factores importantes que afectan la eficiencia de la corriente durante la electrólisis de sales fundidas.
Investigación electroquímica sobre sales fundidas Las propiedades electroquímicas de las sales fundidas son cruciales para la tecnología de electrólisis de sales fundidas. La conductividad de las sales fundidas, el potencial de los electrodos y la secuencia electroquímica de los metales en las sales fundidas, así como el mecanismo y el proceso de los electrodos de la electrólisis de las sales fundidas, etc., son contenidos de investigación de la electroquímica de las sales fundidas. La medición del potencial del electrodo de sal fundida es un medio eficaz para estudiar las propiedades termodinámicas de la solución de sal fundida; también es una base importante para estudiar la electrólisis de la sal fundida y el efecto de corrosión del metal en la sal fundida; La medición del mecanismo de conductividad de las sales fundidas y el número de migración, la investigación sobre la difusión y la polarización en la superficie de los electrodos de electrólisis de las sales fundidas y la investigación sobre el proceso de cristalización del metal sólido durante la precipitación catódica son aspectos importantes para comprender y dominar los principios de la electrólisis de las sales fundidas. . El efecto anódico es un fenómeno característico de la electrólisis de sales fundidas. Cuando la composición electrolítica y la densidad de corriente alcanzan un cierto umbral, el efecto anódico hace que el voltaje de la celda aumente repentina y bruscamente, acompañado de algunos signos de apariencia especiales. En el caso de la electrólisis industrial de sales fundidas, el efecto anódico provoca una pérdida de energía eléctrica, pero también puede utilizarse como señal del funcionamiento del electrolizador. Actualmente no existe una visión unificada sobre el mecanismo del efecto anódico.