潛沒陰極式釹電解的基礎研究.pdf

1、近年來，我國稀土氧化物-氟化物電解槽得到了一些改進和優(yōu)化，電解槽容量也從最初的3kA增加到10kA，但陰、陽極平行豎直布置的結(jié)構(gòu)特點并沒有改變。這種槽型結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)實踐過程中暴露出很多問題，如高能耗、高污染和高成本。稀土行業(yè)如果能夠?qū)崿F(xiàn)和推廣潛沒陰極式電解，將獲得巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。但是由于稀土金屬的化學性質(zhì)非?；顫?、稀土氟化物熔鹽具有強腐蝕性以及稀土氧化物在電解質(zhì)中溶解度很小等原因，潛沒陰極式電解槽一直沒能應用于稀土金屬的工業(yè)生產(chǎn)

2、。基于以上背景，本文在新型電極材料制備、陶瓷材料應用于潛沒陰極式釹電解的可行性、NdF3-LiF體系物理化學性質(zhì)和釹電解還原過程等方面進行了探索性實驗和基礎性研究。這些工作對改進電解工藝、指導實際生產(chǎn)和設計潛沒陰極式釹電解槽有一定借鑒意義。
　　利用真空熱壓法制備了純TiB2和TiB2-Ti陶瓷材料。結(jié)合XRD、SEM-EDX測試和熱力學計算結(jié)果，討論了燒結(jié)過程中發(fā)生的化學反應。結(jié)合SEM表征和相對密度測量的結(jié)果，討論了金屬含量和

3、燒結(jié)溫度對材料微觀形貌和相對密度的影響。當試樣獲得一定致密度后，進一步提高燒結(jié)溫度對試樣的致密程度影響不大。金屬Ti可以起到促進燒結(jié)的作用，因此TiB2-Ti陶瓷材料在較低的燒結(jié)溫度下就可以獲得相當?shù)闹旅艹潭取?br>　　考察了1050℃下NdF3-Nd2O3-LiF熔體對TiB2基陶瓷的潤濕性能，通過CCD攝像機觀察了整個潤濕過程，該過程可視為一個帶有反應性潤濕特征的動態(tài)潤濕過程?？疾炝薚iB2基陶瓷材料在1100℃的NdF3-LiF

4、-Nd2O3熔體中的抗腐蝕性能，實驗表明TiB2-5wt.％Ti材料的抗腐蝕性能明顯優(yōu)于純TiB2材料?？疾炝薚iB2基陶瓷材料的抗熱震性能，實驗結(jié)果表明急冷急熱條件下產(chǎn)生的熱應力可以大大削弱材料的強度，添加金屬Ti可以提高材料的抗熱震性能。腐蝕實驗結(jié)果表明由于粘結(jié)相Si3N4結(jié)構(gòu)較為疏松，現(xiàn)有Si3N4-SiC材料不足以抵抗NdF3-LiF-Nd2O3高溫熔體的侵蝕，其抗腐蝕性能有待提高。以Al2O3陶瓷為槽體材料的電解實驗表明產(chǎn)物中

5、含有釹鋁合金，影響產(chǎn)品品質(zhì)。
　　采用步冷曲線法測定了NdF3-LiF熔鹽體系的初晶溫度，測定結(jié)果表明初晶溫度隨著NdF3摩爾分數(shù)增加而升高。利用配位化學和冰點降低法的相關理論討論了Nd2O3在NdF3-LiF體系中的溶解過程和添加Nd2O3對NdF3-LiF體系初晶溫度的影響。借助XRD、激光拉曼光譜儀和透明石英槽觀察并討論了金屬釹在LiF、NaF和NdF3-LiF-Nd2O3熔體中的溶解現(xiàn)象。利用穩(wěn)態(tài)平板法分別測定了凝固態(tài)Nd