熔盐

盐类熔化后形成的熔融体

熔盐，盐类熔化后形成的熔融体，例如碱金属、碱土金属的卤化物、硝酸盐、硫酸盐的熔融体。熔盐是金属阳离子和非金属阴离子所组成的熔融体。能构成熔盐的阳离子有80 余种，阴离子有30 余种，组合成的熔盐可达2400 余种。由于金属阳离子可有几种不同的价态，阴离子还可组成不同的络合阴离子，实际上熔盐的数目将超过2400 种。

基本介绍

熔盐是在标准温度和大气压下呈固态，而温度升高后存在于液相的盐类。通常把熔融无机盐称为熔盐，但现已包括氧化物熔体及熔融有机物。

历史

中国明代李时珍在《本草纲目》一书中记有硝石（硝酸钾）受热熔成液体，是有关熔盐的最早文献记载之一。19世纪初英国化学家戴维（H.Davy）最早用熔盐电解法制取金属。

熔盐成分

二元熔盐

二元熔盐（60%硝酸钠+40%硝酸钾）为经实际案例证明的适合于光热发电系统的成熟储热介质，但对于中温热利用领域，则无法采用这种二元熔盐，主要原因是其凝固点过高，约为207摄氏度。对于工作温度在250摄氏度左右的中温热利用系统，必须采用更低凝固点的熔盐产品。

三元熔盐

三元熔盐即53%硝酸钾+40%亚硝酸钠+7%硝酸钠组成的混合硝酸盐，其熔点在142摄氏度，气化点500摄氏度。在450摄氏度以上亚硝酸钠就会产生缓慢分解现象，但一般中温热利用系统的工作温度在250~350摄氏度以内。

使用说明

将熔盐放入熔盐槽内直接加热熔解，或在熔盐中加入少量水，加热使之熔解。熔解到粘度足可以用熔盐泵打循环后，送至载热炉逐步循环升温，达到目标温度。

熔盐泵

熔盐泵是专门用来输送高温熔盐的泵，按照结构形式，可以分为熔盐液下泵和熔盐轴流泵，另外还有RXB型熔盐循环泵。

熔盐液下泵是小流量高扬程的华威熔盐泵，其叶轮为离心式叶轮，这种形式的泵应用最广泛。熔盐轴流泵的大流量小扬程的熔盐泵，其叶轮是轴流式叶轮，特别适用于化工行业大流量熔盐换热场合。

RXB熔盐循环泵为根据熔盐系统特殊设计的熔盐泵，其作用是熔盐循环。

可再生能源拥有许多优点。由于风能和太阳能都是免费的，因此人们不需要为这种燃料支付任何费用，此外还可以节省煤、天然气、石油和核能等生产领域必须的设施建设费用。但是，风能和太阳能面临的一个主要问题就是间歇性。当风不吹的时候或当太阳落山的时候，涡轮机和硅片将无法生产电能。

不过，一些成规模的太阳能公司正在想方设法地存储在阳光充足的日子里生产的电能。一个选择就是“熔盐”。熔盐可以用来进行太阳热发电，这种技术利用强大的镜面聚焦太阳热量产生蒸汽，从而带动发电涡轮机。白天产生的多余热量可以用来加热大量的盐，这种盐可以吸收数量可观的热量。当太阳落山时或白天是多云天气时，熔盐存储的热量再被用来产生蒸汽带动发电涡轮机。

用途

用戴维的熔盐电解法可以制取许多种化学性质较活泼的金属。如铝、镁、稀土金属、钠、锂、钙、钍、铀、钽等。19世纪末以来用冰晶石－氧化铝系熔盐电解炼铝和用含氯化镁的氯化物熔盐系电解炼镁都已进行大规模工业生产。铝、钛等金属可用可溶性阳极熔盐电解（电积）方法精炼。在冶金工业中，熔盐还用作合金电渣熔炼用炉渣、轻合金熔炼和焊接用熔剂、合金热处理盐浴炉的介质等。原子能工业和核燃料冶金技术的发展，给熔盐的应用开拓了新的园地。除了核燃料制取和核燃料后处理可以使用熔盐电解质或反应介质外，采用氟化锂-氟化铍-氟化钍熔盐系为核燃料的熔盐反应堆，有希望成为利用钍作核燃料的新能源。熔盐载热剂用于化工、冶金生产，也有希望用于原子能工业。以熔盐为电解质的燃料电池和蓄电池是有希望的化学电源。

由于熔盐是冶金工业中的常用物料，熔盐物理化学已成为冶金过程物理化学的重要分支。

熔盐结构

熔盐由阳离子和阴离子组成。离子间的相互作用力包括静电作用力（它是服从库仑定律的长程作用力）、近程排斥力和范德华力（一译范德瓦尔斯力）。作为初级近似，可用静电硬球模型描述熔盐结构。即认为阴、阳离子都是带电而具有一定半径的硬球，而将范德华力忽略不计或作为校正项。由于静电作用，熔盐中每个离子均为异号离子所包围X射线衍射实验结果表明：和晶体结构相比，熔盐中阴、阳离子最近距离非但没有增大，反而略有减少，但每个离子的第一近邻数（配位数）却比晶体中显著减少。这说明熔盐中存在不规则分布的缝隙或空位。两种熔盐互相混溶后形成的熔盐溶液，其结构亦大体相似。根据离子间相互作用的势能方程式,可用计算机模拟熔盐中离子的运动和排布,进而计算熔盐或熔盐溶液的许多物理化学性质。

理化性质

熔盐和熔盐溶液的物理化学性质的研究，不仅有助于对熔盐和熔盐溶液结构的了解，而且为寻找生产技术上有用的熔盐系提供了依据。合适的熔盐电解液的选择是熔盐电解工艺取得成功的一个关键。熔盐系的熔点（相平衡）、密度、表面张力或界面张力、粘度、电导率等性质，对电解生产都有重要影响。熔盐相图的研究，对于了解熔盐间的相互作用和制定熔盐电解工艺都很重要。常用的熔盐相图测量方法是目测、变温法和差热分析法。借助计算机利用热力学函数计算熔盐相图，已成为熔盐相图测量的辅助手段。熔盐相图的类型与熔盐间相互作用的类型有关。有些价型、离子半径很接近的熔盐在液相中形成近乎理想的溶液,在凝固后则形成连续式固溶体。例如氯化钾-氯化铷系。价型或离子半径相差较大时，多形成低共熔点的相图。例如氯化钾－氯化锂系。有的熔盐相图有稳定或不稳定的中间化合物。少数熔盐系液相不完全混溶，形成液相分层体系。

除价型、离子半径很接近的熔盐往往形成近乎理想的溶液外，大多数熔盐系的混合热不为零。许多熔盐溶液可用规则溶液理论计算热力学性质。

熔盐应用

金属和气体在熔盐中的溶解

许多熔盐和液体金属间有一定的相互溶解度。金属在熔盐中的溶液有时称为“金属雾”（metal fog）这是由于曾经将这种溶液误认为胶体溶液之故。“金属雾”对电解冶炼极为不利，因为它使阴极析出的金属溶解损失，从而降低了电流效率。不同的金属在不同的熔盐系中溶解度相差很悬殊。碱金属、钙、稀土金属、镉、铋等在其本身卤化物熔盐中有较大的溶解度，而镓、铊、锡、铅等则溶解度很小。

许多气体也能溶于熔盐。阳极气体的溶解并和阴极的金属作用，是影响熔盐电解时电流效率的重要因素。

熔盐电化学研究

盐的电化学性质对熔盐电解技术至关重要。熔盐电导率、熔盐中金属的电极电势和电化顺序以及熔盐电解的机理和电极过程等等，都是熔盐电化学的研究内容。熔盐的电极电势测定是研究熔盐溶液热力学性质的有效手段；也是研究熔盐电解和金属在熔盐中的腐蚀作用的重要依据。熔盐导电机理和迁移数测量、熔盐电解电极表面的扩散和极化研究，以及固态金属在阴极析出时的结晶过程的研究，都是了解和掌握熔盐电解原理的重要方面。阳极效应是熔盐电解的特征现象。当电解成分和电流密度达到某种阈值时，阳极效应使槽电压突然急剧升高，并伴有某些特殊的外观征象。在熔盐的工业电解情况下，阳极效应造成电能损失，但它同时可用作电解槽工作的一个标志，对阳极效应的机理，尚无统一的看法。

熔盐介质实验

Ti(C_(1-x)N_x)(0≤x≤1),具有高的熔点、高的硬度、相对高的热导率和导电性能,优良的抗磨损等性能,使其在各个领域都具有广泛的应用前景。在工业化生产中普遍采用碳热还原法来制备Ti(C, N),但该方法存在原料混合难以均匀,反应时间较长,合成温度高等缺点;熔盐法在制备陶瓷粉体方面具有显著降低合成温度和缩短反应时间、较好的控制合成粉体的尺寸和形貌、适应性强、成本低等独特的优势,若将二者结合起来,则可能制备出性能优良的Ti(C, N)粉末。将Ti(C, N)应用在耐火材料中却鲜有报道,如果将Ti(C, N)等非氧化物作为添加剂引入到高炉用炭砖中,则可能提高炭砖的强度、耐磨性、抗热冲击和抗熔体侵蚀性等。第一部分通过对不同的工艺因素研究表明:在熔盐介质中以TiO_2和炭黑为原料来合成Ti(C, N),在氮气或埋炭气氛下,最佳的碳钛摩尔比约为2 : 1,反应在氮气气氛下进行的更充分;在埋炭气氛下,添加10wt%熔盐且热处理温度为1300℃×3h较好;熔盐为多组分且含有加热过程中能分解放出气体的对反应有利。

注意事项

① 熔盐应保持清洁，不可与炭类，松香或还原性物质等有机物接触，以免引起剧烈的化学反应。

② 开始升温时，严格控制升温速度，尽量避免系统运行中急冷急热。

③ 在循环加热中流速恒定，不能超过膜温。

④ 在高温使用中，严禁水和有机类物质混入。

⑤ 常用熔盐超过550℃时，熔盐开始不稳定，发生反应，放出气体，熔盐的熔点升高，导致熔盐变质。

⑥ 当热载体熔盐出现较多沉淀物时，应更换熔盐。

⑦ 停车前必须将熔盐全部倒回到熔盐槽内，再进入停车程序。

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