熔鹽，鹽類熔化后形成的熔融體，例如堿金屬、堿土金屬的鹵化物、硝酸鹽、硫酸鹽的熔融體。熔鹽是金屬陽離子和非金屬陰離子所組成的熔融體。能構(gòu)成熔鹽的陽離子有80余種，陰離子有30余種，組合成的熔鹽可達2400余種。由于金屬陽離子可有幾種不同的價態(tài)，陰離子還可組成不同的絡(luò)合陰離子，實際上熔鹽的數(shù)目將超過2400種。
簡介
熔鹽是在標(biāo)準(zhǔn)溫度和大氣壓下呈固態(tài)，而溫度升高后存在于液相的鹽類。通常把熔融無機鹽稱為熔鹽，但現(xiàn)已包括氧化物熔體及熔融有機化合物。
歷史
中國明代李時珍在《本草綱目》一書中記有硝石（硝酸鉀）受熱熔成液體，是有關(guān)熔鹽的最早文獻記載之一。19世紀(jì)初英國化學(xué)家戴維（H.Davy）最早用熔鹽電解法制取金屬。
熔鹽成分
二元熔鹽
二元熔鹽（60%硝酸鈉+40%硝酸鉀）為經(jīng)實際案例證明的適合于光熱發(fā)電系統(tǒng)的成熟儲熱介質(zhì)，但對于中溫?zé)崂妙I(lǐng)域，則無法采用這種二元熔鹽，主要原因是其凝固點過高，約為207攝氏度。對于工作溫度在250攝氏度左右的中溫?zé)崂孟到y(tǒng)，必須采用更低凝固點的熔鹽產(chǎn)品。
三元熔鹽
三元熔鹽即53%硝酸鉀+40%亞硝酸鈉+7%硝酸鈉組成的混合硝酸鹽，其熔點在142攝氏度，氣化點500攝氏度。在450攝氏度以上亞硝酸鈉就會產(chǎn)生緩慢分解現(xiàn)象，但一般中溫?zé)崂孟到y(tǒng)的工作溫度在250~350攝氏度以內(nèi)。
使用說明
將熔鹽放入熔鹽槽內(nèi)直接加熱熔解，或在熔鹽中加入少量水，加熱使之熔解。熔解到粘度足可以用熔鹽泵打循環(huán)后，送至載熱爐逐步循環(huán)升溫，達到目標(biāo)溫度。
熔鹽泵
熔鹽泵是專門用來輸送高溫熔鹽的泵，按照結(jié)構(gòu)形式，可以分為熔鹽液下泵和熔鹽軸流泵，另外還有RXB型熔鹽循環(huán)泵。
熔鹽液下泵是小流量高揚程的華威熔鹽泵，其葉輪為離心式葉輪，這種形式的泵應(yīng)用最廣泛。熔鹽軸流泵的大流量小揚程的熔鹽泵，其葉輪是軸流式葉輪，特別適用于化工行業(yè)大流量熔鹽換熱場合。
RXB熔鹽循環(huán)泵為根據(jù)熔鹽系統(tǒng)特殊設(shè)計的熔鹽泵，其作用是熔鹽循環(huán)。
可再生能源擁有許多優(yōu)點。由于風(fēng)能和太陽能都是免費的，因此人們不需要為這種燃料支付任何費用，此外還可以節(jié)省煤、天然氣、石油和核能等生產(chǎn)領(lǐng)域必須的設(shè)施建設(shè)費用。但是，風(fēng)能和太陽能面臨的一個主要問題就是間歇性。當(dāng)風(fēng)不吹的時候或當(dāng)太陽落山的時候，渦輪機和硅片將無法生產(chǎn)電能。
不過，一些成規(guī)模的太陽能公司正在想方設(shè)法地存儲在陽光充足的日子里生產(chǎn)的電能。一個選擇就是“熔鹽”。熔鹽可以用來進行太陽熱發(fā)電，這種技術(shù)利用強大的鏡面聚焦太陽熱量產(chǎn)生蒸汽，從而帶動發(fā)電渦輪機。白天產(chǎn)生的多余熱量可以用來加熱大量的鹽，這種鹽可以吸收數(shù)量可觀的熱量。當(dāng)太陽落山時或白天是多云天氣時，熔鹽存儲的熱量再被用來產(chǎn)生蒸汽帶動發(fā)電渦輪機。
用途
用戴維的熔鹽電解法可以制取許多種化學(xué)性質(zhì)較活潑的金屬。如鋁、鎂、稀土金屬、鈉、鋰、鈣、鈾、鉭等。19世紀(jì)末以來用冰晶石氧化鋁系熔鹽電解煉鋁和用含氯化鎂的氯化物熔鹽系電解煉鎂都已進行大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。鋁、鈦等金屬可用可溶性陽極熔鹽電解（電積）方法精煉。在冶金工業(yè)中，熔鹽還用作合金電渣熔煉用爐渣、輕合金熔煉和焊接用熔劑、合金熱處理鹽浴爐的介質(zhì)等。原子能工業(yè)和核燃料冶金技術(shù)的發(fā)展，給熔鹽的應(yīng)用開拓了新的園地。除了核燃料制取和核燃料后處理可以使用熔鹽電解質(zhì)或反應(yīng)介質(zhì)外，采用氟化鋰氟化鈹四氟化釷熔鹽系為核燃料的熔鹽反應(yīng)堆，有希望成為利用釷作核燃料的新能源。熔鹽載熱劑用于化工、冶金生產(chǎn)，也有希望用于原子能工業(yè)。以熔鹽為電解質(zhì)的燃料電池和蓄電池是有希望的化學(xué)電源。
由于熔鹽是冶金工業(yè)中的常用物料，熔鹽物理化學(xué)已成為冶金過程物理化學(xué)的重要分支。
熔鹽結(jié)構(gòu)
熔鹽由陽離子和陰離子組成。離子間的相互作用力包括靜電作用力（它是服從庫侖定律的長程作用力）、近程排斥力和分子間作用力（一譯范德·瓦耳斯力）。作為初級近似，可用靜電硬球模型描述熔鹽結(jié)構(gòu)。即認(rèn)為陰、陽離子都是帶電而具有一定半徑的硬球，而將范德華力忽略不計或作為校正項。由于靜電作用，熔鹽中每個離子均為異號離子所包圍X射線衍射實驗結(jié)果表明：和晶體結(jié)構(gòu)相比，熔鹽中陰、陽離子最近距離非但沒有增大，反而略有減少，但每個離子的第一近鄰數(shù)（配位數(shù)）卻比晶體中顯著減少。這說明熔鹽中存在不規(guī)則分布的縫隙或空位。兩種熔鹽互相混溶后形成的熔鹽溶液，其結(jié)構(gòu)亦大體相似。根據(jù)離子間相互作用的勢能方程式，可用計算機模擬熔鹽中離子的運動和排布，進而計算熔鹽或熔鹽溶液的許多物理化學(xué)性質(zhì)。
理化性質(zhì)
熔鹽和熔鹽溶液的物理化學(xué)性質(zhì)的研究，不僅有助于對熔鹽和熔鹽溶液結(jié)構(gòu)的了解，而且為尋找生產(chǎn)技術(shù)上有用的熔鹽系提供了依據(jù)。合適的熔鹽電解液的選擇是熔鹽電解工藝取得成功的一個關(guān)鍵。熔鹽系的熔點（相平衡）、密度、表面張力或界面張力、粘度、電導(dǎo)率等性質(zhì)，對電解生產(chǎn)都有重要影響。熔鹽相圖的研究，對于了解熔鹽間的相互作用和制定熔鹽電解工藝都很重要。常用的熔鹽相圖測量方法是目測、變溫法和差熱分析法。借助計算機利用熱力學(xué)函數(shù)計算熔鹽相圖，已成為熔鹽相圖測量的輔助手段。熔鹽相圖的類型與熔鹽間相互作用的類型有關(guān)。有些價型、離子半徑很接近的熔鹽在液相中形成近乎理想的溶液，在凝固后則形成連續(xù)式固溶體。例如氯化鉀氯化銣系。價型或離子半徑相差較大時，多形成低共熔點的相圖。例如氯化鉀氯化鋰系。有的熔鹽相圖有穩(wěn)定或不穩(wěn)定的中間化合物。少數(shù)熔鹽系液相不完全混溶，形成液相分層體系。
除價型、離子半徑很接近的熔鹽往往形成近乎理想的溶液外，大多數(shù)熔鹽系的混合熱不為零。許多熔鹽溶液可用規(guī)則溶液理論計算熱力學(xué)性質(zhì)。
熔鹽應(yīng)用
金屬和氣體在熔鹽中的溶解
許多熔鹽和液體金屬間有一定的相互溶解度。金屬在熔鹽中的溶液有時稱為“金屬霧”（metalfog）這是由于曾經(jīng)將這種溶液誤認(rèn)為膠體溶液之故。“金屬霧”對電解冶煉極為不利，因為它使陰極析出的金屬溶解損失，從而降低了電流效率。不同的金屬在不同的熔鹽系中溶解度相差很懸殊。堿金屬、鈣、稀土金屬、鎘、鉍等在其本身鹵化物熔鹽中有較大的溶解度，而鎵、鉈、錫、鉛等則溶解度很小。
許多氣體也能溶于熔鹽。陽極氣體的溶解并和陰極的金屬作用，是影響熔鹽電解時電流效率的重要因素。
熔鹽電化學(xué)研究
鹽的電化學(xué)性質(zhì)對熔鹽電解技術(shù)至關(guān)重要。熔鹽電導(dǎo)率、熔鹽中金屬的電極電勢和電化順序以及熔鹽電解的機理和電極過程等等，都是熔鹽電化學(xué)的研究內(nèi)容。熔鹽的電極電勢測定是研究熔鹽溶液熱力學(xué)性質(zhì)的有效手段；也是研究熔鹽電解和金屬在熔鹽中的腐蝕作用的重要依據(jù)。熔鹽導(dǎo)電機理和遷移數(shù)測量、熔鹽電解電極表面的擴散和極化研究，以及固態(tài)金屬在陰極析出時的結(jié)晶過程的研究，都是了解和掌握熔鹽電解原理的重要方面。陽極效應(yīng)是熔鹽電解的特征現(xiàn)象。當(dāng)電解成分和電流密度達到某種閾值時，陽極效應(yīng)使槽電壓突然急劇升高，并伴有某些特殊的外觀征象。在熔鹽的工業(yè)電解情況下，陽極效應(yīng)造成電能損失，但它同時可用作電解槽工作的一個標(biāo)志，對陽極效應(yīng)的機理，尚無統(tǒng)一的看法。
熔鹽介質(zhì)實驗
,具有高的熔點、高的硬度、相對高的熱導(dǎo)率和導(dǎo)電性能，優(yōu)良的抗磨損等性能，使其在各個領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。在工業(yè)化生產(chǎn)中普遍采用碳熱還原法來制備,但該方法存在原料混合難以均勻，反應(yīng)時間較長，合成溫度高等缺點；熔鹽法在制備陶瓷粉體方面具有顯著降低合成溫度和縮短反應(yīng)時間、較好的控制合成粉體的尺寸和形貌、適應(yīng)性強、成本低等獨特的優(yōu)勢，若將二者結(jié)合起來，則可能制備出性能優(yōu)良的粉末。將應(yīng)用在耐火材料中卻鮮有報道，如果將等非氧化物作為添加劑引入到高爐用炭磚中，則可能提高炭磚的強度、耐磨性、抗熱沖擊和抗熔體侵蝕性等。第一部分通過對不同的工藝因素研究表明：在熔鹽介質(zhì)中以和碳黑為原料來合成,在氮氣或埋炭氣氛下，最佳的碳鈦摩爾比約為2:1,反應(yīng)在氮氣氣氛下進行的更充分；在埋炭氣氛下，添加10wt%熔鹽且熱處理溫度為1300℃×3h較好；熔鹽為多組分且含有加熱過程中能分解放出氣體的對反應(yīng)有利。
注意事項
①熔鹽應(yīng)保持清潔，不可與炭類，松香或還原性物質(zhì)等有機化合物接觸，以免引起劇烈的化學(xué)反應(yīng)。
②開始升溫時，嚴(yán)格控制升溫速度，盡量避免系統(tǒng)運行中急冷急熱。
③在循環(huán)加熱中流速恒定，不能超過膜溫。
④在高溫使用中，嚴(yán)禁水和有機類物質(zhì)混入。
⑤常用熔鹽超過550℃時，熔鹽開始不穩(wěn)定，發(fā)生反應(yīng)，放出氣體，熔鹽的熔點升高，導(dǎo)致熔鹽變質(zhì)。
⑥當(dāng)熱載體熔鹽出現(xiàn)較多沉淀物時，應(yīng)更換熔鹽。
⑦停車前必須將熔鹽全部倒回到熔鹽槽內(nèi)，再進入停車程序。
參考資料 >
萬方數(shù)據(jù)知識服務(wù)平臺.萬方數(shù)據(jù).2021-07-11